鉅大LARGE | 點擊量：715次 | 2022年01月18日
專利助力充電鋰電池回收變廢為寶
近年來，隨著新能源汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，作為動力鋰電池的鋰離子電池的生產(chǎn)量也呈現(xiàn)井噴式上升。鋰離子電池的壽命約5年至7年，由此也孕育著巨大的鋰離子電池回收市場。據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院報告顯示，我國從廢舊鋰離子電池中回收鈷、鎳、錳、鋰、鐵和鋁等金屬所創(chuàng)造的市場規(guī)模預計在2020年將超過100億元，2023年可達250億元。
從市場上看，目前廣泛應用的鋰離子電池，重要是鋰離子電池，根據(jù)正極材料的不同可劃分為錳酸鋰離子電池、鈷酸鋰離子電池、磷酸鐵鋰離子電池、三元鋰離子電池。關(guān)于不同種類的鋰離子電池，所采用的回收方式是存在差異的，如磷酸鐵鋰離子電池含有的金屬僅為鋰，雖然直接回收鋰的價值不高，但是其循環(huán)性能和穩(wěn)定性較好，可以先采用梯度利用的方式充分利用之后再進行報廢回收；而三元鋰離子電池含有鎳、鈷、錳等高價值金屬，但是循環(huán)性和安全性較差，不適用于梯度利用，而可直接報廢處理進行資源化轉(zhuǎn)化。本文基于專利文獻的分析，探究廢舊鋰離子電池回收利用的發(fā)展，以期為相關(guān)公司供應參考。
國外起步早核心技術(shù)多
鋰離子電池誕生于20世紀70年代，進入上世紀90年代后才開始商用。由于早期鋰離子電池重要是以紐扣等小型電池的方式使用且使用量較少，回收價值較低，回收方式和其它電池類似，進行物理拆解后采用酸等提取。因此，在這一階段，有關(guān)鋰離子電池回收的專利申請較少，全球年專利申請量在20件左右，重要采用濕法冶金提取高價值金屬。
2009年以后，隨著電動汽車和電子產(chǎn)品的大量使用，鋰離子電池的使用量呈現(xiàn)劇增態(tài)勢，和鋰離子電池回收相關(guān)的年專利申請量也增至近百件。日本的住友金屬、日礦金屬、豐田，比利時的優(yōu)美科，德國的默克，韓國的地質(zhì)資源研究院以及包括我國在內(nèi)的全球重要鋰離子電池市場的多家公司紛紛投身于鋰離子電池回收利用的研究，相關(guān)專利申請涉及廢棄鋰離子電池的前處理、正極材料的分離、有價值金屬的提取、電解液處理等鋰離子電池回收的各個環(huán)節(jié)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
不同公司的電池回收技術(shù)是不同的，以日本住友金屬為例，作為TSLA和豐田汽車電池的正極材料供應商，其早期重要采用高溫焙燒結(jié)合粉碎、篩選等干法冶金方式回收鋰離子電池電極中的鎳、鈷。不過，由于這種處理能耗較高且不易于回收鋰、鋁等金屬，因此住友金屬開始采用濕法處理方式回收鋰，并對提取劑進行了研究。而另一家日本公司，日礦金屬重要對濕法冶金進行研究，采用溶劑提取將鋰離子電池廢料中的鎳、鈷、錳、銅、鐵、鋁以及鋰等進行高效分離回收。
2013年以后，國外公司的相關(guān)研究更傾向于提高電池回收利用過程中的環(huán)保性和經(jīng)濟性，如采用低毒甚至無毒溶劑、簡化回收工藝以及對含氟電解液的處理，回收技術(shù)上并未出現(xiàn)明顯的突破性進展。在產(chǎn)業(yè)上，電池回收公司和下游電池應用公司在電池回收方面的合作得到不斷加強，例如住友金屬和豐田，優(yōu)美科和寶馬、奧迪等國際車企達成電池回收的戰(zhàn)略合作，促進電池材料回收的閉環(huán)運行，并且優(yōu)美科等國外公司也已經(jīng)開始在我國進行產(chǎn)業(yè)布局。
國內(nèi)起步晚專利上升快
國內(nèi)有關(guān)鋰離子電池回收的專利申請從2001年開始提交，總體而言，呈逐年新增態(tài)勢，其中2001年至2008年間，我國相關(guān)專利申請總量較少，2009年以后相關(guān)專利申請量增幅較大，由原來的年專利申請量40多件迅速上升至400多件，且目前仍處于較快上升階段。由此可見，國內(nèi)有關(guān)鋰離子電池回收的專利申請雖然較晚，但是發(fā)展趨勢和國外基本一致。
和國外公司不同的是，我國公司在新能源汽車動力鋰電池方面，前期重要以磷酸鐵鋰為主，相關(guān)專利布局重要集中在濕法冶金對廢棄鋰離子電池進行回收利用方面，而關(guān)于干法冶金、電池的放電和拆解等前處理工藝以及電解液的回收利用涉及的專利相對較少。值得注意的是，盡管國內(nèi)公司的相關(guān)專利申請總量較多，但申請人的平均專利申請量較低，并且相關(guān)專利申請集中于國內(nèi)，缺乏對國際市場布局的意識。
隨著國內(nèi)公司更加追求環(huán)保低碳以及可持續(xù)發(fā)展，公司關(guān)于具有重復利用價值的鋰離子電池材料的回收研究意識不斷提高，如合肥國軒高科、格林美、邦普循環(huán)、天齊鋰業(yè)、比亞迪等眾多國內(nèi)公司均涉及相關(guān)技術(shù)研發(fā)。值得一提的是，高校和科研院所在相關(guān)領域的專利申請數(shù)量多于公司，如中南大學、我國科學院過程工程研究所、南開大學、清華大學等。和國外公司相比，我國公司和科研院所聯(lián)合研發(fā)并提交專利申請的數(shù)量較少，這在一定程度上反映出兩者研究方向的差異以及合作方面的不足，未來有待于進一步加強公司和科研院所聯(lián)合技術(shù)研發(fā)。
在產(chǎn)業(yè)上，我國業(yè)已出現(xiàn)了一些電池回收公司和應用公司的合作，并加快該領域技術(shù)的推廣應用，如邦普循環(huán)和CATL、合肥國軒高科和甘肅金川，但同時也應注意到，國內(nèi)鋰離子電池回收真正的發(fā)展高峰期尚未到來，大部分國內(nèi)公司仍處于起步階段，技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化程度較低。筆者認為，由于磷酸鐵鋰離子電池不含鎳、鈷、錳等高價值金屬，單純回收鐵、鋰元素的經(jīng)濟效益不高，而目前從事鋰離子電池回收研究的公司眾多，產(chǎn)業(yè)規(guī)模普遍較小，技術(shù)力量薄弱，因此在鋰離子電池回收市場尚未爆發(fā)之前，如何增強自身競爭力，提高回收效益，使公司生存下來可能將成為國內(nèi)相關(guān)公司面對的首要問題。
綜上所述，無論是從產(chǎn)業(yè)成長，還是從鋰離子電池回收技術(shù)進展來看，全球鋰離子電池的回收利用尚處于初級階段，而隨著廢舊鋰離子電池的新增以及相關(guān)政策的推動，鋰離子電池回收在未來幾年必然會出現(xiàn)迅猛發(fā)展。同時，我國作為全球最大的鋰離子電池消費市場，吸引越來越多的國外公司參和進來，市場競爭將日益激烈。
筆者建議，面對日益加劇的市場競爭，國內(nèi)相關(guān)公司應當未雨綢繆，苦練內(nèi)功，提升自身綜合實力。在技術(shù)方面，首先，提高回收廢棄鋰離子電池直接再生利用的能力，簡化回收工藝，降低廢舊電池的回收成本；其次，可以通過加強和高校、科研院所的技術(shù)聯(lián)合，提高有價值金屬回收率和再生產(chǎn)品性能，從而促進鋰離子電池回收利用經(jīng)濟效益的提升，同時加快關(guān)于三元鋰離子電池回收技術(shù)的研究，提前布局三元鋰離子電池回收利用。而在產(chǎn)業(yè)方面，要深化和下游應用公司之間的合作，拉近和再生材料目標市場的距離，完善廢舊鋰離子電池材料的回收再利用機制，構(gòu)建鋰離子電池從研發(fā)生產(chǎn)、應用到回收的閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，另外可以拓展電池回收材料的應用領域，提高回收廢棄電池的利用價值。
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