動(dòng)力電池回收再利用前景可期(儲(chǔ)能前沿系列報(bào)道六)

日前，本田公司在全球率先建立了混合動(dòng)力汽車鎳氫電池循環(huán)利用機(jī)制，將提取于混合動(dòng)力汽車鎳氫電池中的稀土作為鎳氫電池材料投入實(shí)際應(yīng)用。本田公司的這一稀土資源循環(huán)利用的方式引起了業(yè)界廣泛的關(guān)注，也引發(fā)了人們對(duì)于動(dòng)力電池回收再利用技術(shù)的討論。 隨著全球石油儲(chǔ)量的日益耗盡和環(huán)境的不斷惡化，新能源汽車將成為未來(lái)汽車的發(fā)展方向。鋰離子、鎳氫等動(dòng)力電池以其高比能、長(zhǎng)壽命、適合大電流放電、無(wú)污染等優(yōu)異的綜合性能異軍突起，成為新能源電動(dòng)汽車首選的一種綠色動(dòng)力源。但與此同時(shí)，一些問(wèn)題也日益顯現(xiàn)：如鎳、鈷、稀土的資源瓶頸問(wèn)題，以及報(bào)廢動(dòng)力電池的環(huán)境污染問(wèn)題等。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2010 年電池行業(yè)消耗金屬鎳約23000 噸，金屬鈷約4000 噸，混合稀土金屬約8000 噸，動(dòng)力電池的平均壽命約為3-8 年，大量失效的動(dòng)力電池引發(fā)的資源短缺和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重。 環(huán)境效益顯著作為動(dòng)力電池的主要有價(jià)金屬鎳、鈷、稀土等的市場(chǎng)價(jià)不斷攀升，將嚴(yán)重影響動(dòng)力電池的制造成本。以鎳氫動(dòng)力電池為例，廢舊鎳氫動(dòng)力電池中鎳含量為30%-50%，鈷含量為2%-5%，稀土含量為5%-10%，具有很高的回收經(jīng)濟(jì)價(jià)值。動(dòng)力電池產(chǎn)品的型號(hào)規(guī)格統(tǒng)一、組分含量穩(wěn)定、應(yīng)用市場(chǎng)易于管理，這些都為其回收再利用提供了非常便利的條件。可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)，動(dòng)力電池回收循環(huán)利用將成為新興產(chǎn)業(yè)，失效動(dòng)力電池的回收與再生不僅可以帶來(lái)巨大的環(huán)境效益，同時(shí)也將帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。這不僅能有效控制電池成本，更可以為混合動(dòng)力汽車的普及起到正向的積極效應(yīng)。 鎳氫動(dòng)力電池中使用的稀土資源以鑭、鈰、鐠、釹等混合稀土金屬為主，存在形式是與鎳、鈷、錳等金屬通過(guò)熔融形成儲(chǔ)氫合金負(fù)極活性材料。由此可以看出，鎳氫電池中化學(xué)成分非常復(fù)雜，相比其他電池如鎳鎘電池而言，其回收分離的難度大得多。 本田和日本重化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社共同開(kāi)發(fā)了鎳氫電池回收量產(chǎn)工藝，從失效產(chǎn)品里面提取混合稀土氧化物，進(jìn)一步熔鹽電解為可直接用于制備鎳氫電池負(fù)極材料的混合稀土金屬。這一方式相比從礦山開(kāi)采的稀土更具有成本和組分優(yōu)勢(shì)。 此外，通過(guò)熔鹽電解獲得混合稀土進(jìn)行直接應(yīng)用，也避免了進(jìn)行復(fù)雜的稀土分離提純，減短了傳統(tǒng)回收工藝流程。這種循環(huán)再利用的處理模式將成為今后處理電子電器廢棄物的主要回收模式。 國(guó)內(nèi)的“空白區(qū)” 目前，國(guó)內(nèi)鎳氫動(dòng)力電池市場(chǎng)尚未形成氣候，產(chǎn)銷量不大，失效電池的數(shù)量不多，針對(duì)鎳氫動(dòng)力電池的回收也處于技術(shù)研究階段。而普通民用電池的回收則由于環(huán)保意識(shí)薄弱、回收體系不健全，使得目前國(guó)內(nèi)整體回收比例不到2%，絕大多數(shù)普通民用廢舊電池被消費(fèi)者和生活垃圾一起丟棄，沒(méi)有進(jìn)行回收處理。 此外，普通民用電池品種繁多，包括一次堿錳電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池等，加大了回收后分選處理的難度。同一品種電池的型號(hào)規(guī)格以及成分含量也有很大的出入，這進(jìn)一步加大了回收難度。此外若要再利用到電池制造，由于電池材料對(duì)雜質(zhì)含量的控制、批次穩(wěn)定性以及一致性的要求都非常高，也很難形成大規(guī)模的回收再利用產(chǎn)業(yè)鏈。 國(guó)內(nèi)一些回收處理廢舊電池的企業(yè)，處理鎳氫電池的技術(shù)路線一般都是通過(guò)濕法冶金生產(chǎn)硫酸鎳、氯化鈷，或者對(duì)其進(jìn)一步加工成附加值較高的超細(xì)鎳粉、鈷粉、覆鈷球鎳、三元材料前軀體等產(chǎn)品，而稀土雖然能夠以純度較高的稀土復(fù)鹽回收，但由于混合稀土復(fù)鹽需進(jìn)一步提煉，導(dǎo)致銷售價(jià)格較低，大部分都處于囤積狀態(tài)。而集中于江西、江蘇和山東的稀土回收企業(yè)，主要從事稀土磁性材料的回收業(yè)務(wù)，分離出稀土氧化物后，進(jìn)一步冶煉為金屬。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)真正的電池稀土回收企業(yè)。 南開(kāi)大學(xué)曾經(jīng)研發(fā)出負(fù)極稀土儲(chǔ)氫合金粉再生技術(shù)，將收集的儲(chǔ)氫合金廢料經(jīng)過(guò)一定預(yù)處理，除去廢料中的有害雜質(zhì)，同時(shí)添加一定的有價(jià)金屬，然后進(jìn)行真空熔煉，直接得到鎳氫電池制造所需的合格儲(chǔ)氫合金。此生產(chǎn)工藝方法簡(jiǎn)單安全可靠，無(wú)污染，而且合金元素回收利用率高、成本低。但是這種儲(chǔ)氫合金廢料回收對(duì)原料的要求高，得到的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)品雜質(zhì)含量高，產(chǎn)品性能與原合金性能仍有一定的差異，故而這種回收方法受到一定的限制。 先進(jìn)儲(chǔ)能材料國(guó)家工程研究中心近年來(lái)也對(duì)鎳氫動(dòng)力電池中稀土回收再利用技術(shù)開(kāi)展了一系列的研究，研究思路是將失效的鎳氫動(dòng)力電池處理制備成為負(fù)極儲(chǔ)氫合金材料，可重新應(yīng)用到鎳氫動(dòng)力電池的生產(chǎn)，已申請(qǐng)發(fā)明專利兩項(xiàng)。該回收再利用技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用，可以降低鎳氫動(dòng)力電池的生產(chǎn)成本，對(duì)國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將起到積極的推動(dòng)作用。（作者系先進(jìn)儲(chǔ)能材料國(guó)家工程研究中心電池材料研發(fā)部負(fù)責(zé)人）