锂电池回收产业现状

　　新能源汽车行业发展迅速

　　近年来，在国家政策的引导和推动下，我国新能源汽车行业发展迅速，电动汽车产销量逐年增长，我国已成为全球最大的新能源汽车市场。

　　据统计数据显示，我国新能源汽车产量，从2013年的1.8万辆增长至2017年79.4万辆，涨幅达4311%。2018年，新能源汽车生产仍保持高速增长，1~7月累计产量达50.4万辆，同比增长85%。

　　销量方面同样快速增长，从2013年1.8万辆的销量增至2017年达77.7万辆，涨幅达4216.7%。2018年虽然受到补贴调整政策等影响，新能源汽车销量仍保持高速增长。1~7月，新能源汽车累计销量达49.6万辆，同比增长97.1%。

　　动力电池市场持续火爆

　　伴随着新能源汽车行业的飞速发展，动力电池也迎来了前所未有的高速发展期。目前我国动力电池的产业规模已居世界第一。

　　从2015年开始，我国动力电池跟随新能源汽车产销量崛起，从2014年的仅3.7Gwh的出货量跃居至2015年15.7Gwh，同比增长超过3倍。2017年中国动力电池产量44.5GWh，同比增长44%。2018年1~7月累计产量18.9GWh，同比增长126%。

　　2016年中国动力电池需求量达28GWh，全行业有效产能约56GWh，产能利用率50%左右。据预测，2018年中国动力电池需求量将超50GWh。到2020年，中国动力电池需求量将接近100GWh。

　　动力电池即将迎来退役潮

　　目前市场上销售的电池平均使用寿命约为五年，因此在2012年到2014年之间生产的动力电池将会在2018年大范围失效。据前瞻产业研究院发布的《动力电池PACK行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》统计数据分析，预测从企业质保期限、电池循环寿命、车辆使用工况等方面综合测算，2018年后新能源汽车动力蓄电池将进入规模化退役，到2018年我国动力电池报废量或将达到17.5万吨，出现一个小高峰，此外，如果按70%可用于梯次利用，大约有累计6万吨电池需要报废处理.锂电池回收市场前景广阔。

　　从废旧动力锂电池中回收钴、镍、锰、锂、铁和铝等金属所创造的回收市场规模在2018年将超过53亿元，2020年将超过100亿元，2023年废旧动力锂电池市场将达250亿元。

　　不同类型的动力电池金属含量不同，对应的可回收利用金属量及价格也不同。据预测，2018年新增报废的动力电池中，镍的可回收利用量较高，为1.8万吨。进行测算后，镍相应的回收价格达14亿元。与镍相比，锂的回收量虽然相对较少，但测算后的回收价格远超过镍达到26亿元。未来，动力蓄电池的退役量迅速增长，为动力电池回收产业带来巨大市场。

　　随着新能源汽车销量持续增长，电动车动力电池的回收利用问题也会越来越突出。如若相关工作没有提前做好准备，在电池报废高峰期回收处理将会面临严重的障碍与问题。

　　锂电池回收技术与产品发展方向

　　全球锂电池回收专利技术迅猛增长

　　锂电池回收技术最早于1991年出现在中国，随后日本相关技术开始萌芽。1991~2009年，锂电池回收技术处于发展初期，专利申请量较少，年均14项专利，在此阶段日本处于技术主导地位；2010年之后，锂电池回收专利申请量突破50项/年；2010~2014年相关技术逐步增长，年均103项专利；2015~2017年相关专利数量激增，年专利数量超过150项，2017年专利数量达293项。中国专利的快速增长是推动锂电池回收技术专利申请量激增的主要原因。中国后来居上，赶超日本成为锂电池回收专利技术最多的国家。

　　锂电池回收专利技术热点主要分布在（1）有价金属、材料回收技术。锂电池回收工艺成本较高，铜、铝、镍和钴等金属材料是锂电池回收过程中的主要回收对象；在锂离子电池的各种正极材料中，三元系正极材料回收价值最高，磷酸产业·报告Industry·Report铁锂、锰酸锂类正极材料回收价值较小。因此针对高价值材料的回收技术是技术热点；（2）锂电池回收工艺，包括针对工艺步骤的改进技术。锂电池回收的工艺流程包括回收工艺大致包括进行放电、拆解、粉碎、分选等预处理，然后是分离拆解后的塑料、铁质外壳和电极材料，再对电极材料进行碱浸出、酸浸出、除杂后进行萃取；或者直接高温焚烧拆解碎片回收金属以及进一步采用湿法回收焚烧残渣。根据工艺的原理可以分成物理回收和化学回收两大类，其中化学回收又可以分为高温冶金法和湿法冶金法。（3）应对二次污染以及危险性的处置技术，比如对爆炸、磁场、污染物等问题的处理技术。

　　重点机构技术对比分析

　　专利申请量排名前15的机构主要分布在日本（4家）和中国（10家），这些机构来自于矿业金属公司、动力能源公司、锂电池公司、研究院所等。日本矿业金属公司拥有的专利数量最多，但近三年申请比例低；中国合肥国轩高科动力能源有限公司专利数量位居第二，其中近三年申请的专利比例达91%，表明其近几年在锂电池回收技术领域活跃且具有一定竞争力。总体而言，日本拥有较强的技术背景，但中国机构更具有技术研发活力。虽然日本在专利拥有量排名前5的机构中占据3席，但它们近三年申请比例均较低（低于5%）；反观中国，在专利拥有量排名前15的机构中占据10席且近三年申请比例较高，我国的锂电池回收技术发展需求旺盛。从技术内容来看，目前重点机构专利布局领域集中在对高价值的材料回收，如生产有色金属或其化合物。

　　国内专利申请较多的企业为合肥国轩高科动力能源有限公司和荆门格林美新材料有限公司，专利申请较多的研究机构为中南大学和中国科学院过程研究所。

　　在华布局专利数量最多的是合肥国轩高科动力能源有限公司，主要布局技术方向集中在锂离子电池。在华布局专利数量最多的国外机构是丰田汽车集团，除了拥有锂离子电池专利技术还包含用于测试蓄电池或电池的电气状况的仪器专利。

　　我国锂电池回收产业发展痛点

　　首先，我国锂电池回收产业运营模式不规范问题尚未解决。

　　目前我国许多新能源车报废电池并未进入正规渠道，回收市场机制不健全,规模化回收利用成行业难题。一方面，虽然锂电池回收梯次利用的循环体系已经形成，但梯次利用的应用问题由于技术和商业化两方面问题尚未解决。另一方面，运营模式不规范的问题在小企业上暴露明显。由于小企业分布分散，监管仍不能完全触及，因此存在较多小企业技术与环保不达标问题，这对行业集约化发展造成阻碍。

　　其次，动力电池回收综合成本居高不下。由于技术发展尚未成熟，规模化回收利用尚未形成，以及电池运输（危废运输）成本高等原因导致综合成本居高不下。而且受限于技术水平，企业回报率不高，进一步增加了企业运营负担。比如电池的运输属于危废运输，长途运输会增加企业回收成本。部分企业会采取特殊手段规避危废专用车的使用进而达到降低成本的目的，但存在巨大环境污染安全隐患。

　　此外，利用技术不成熟，收购网络不完善，管理措施不健全，支持政策不到位，下游消费者零散分布等问题仍然制约着锂电池回收产业发展。

　　专家指出安全性是动力电池回收利用中需要关注的重点，全过程绿色、节能的生产工艺是未来电池技术的发展趋势。

　　锂电池回收产业发展方向和技术趋势

　　1.       发展方向

　　随着国家环保力度的不断加强，以及有价金属资源的不断匮乏，废旧锂离子动力电池的资源化回收技术将沿着绿色回收，高效回收的方向发展，主要关注以下几个方面：

　　（1）       预处理步骤中的安全问题

　　废旧锂离子动力电池属于危险废弃物，处理过程中存在爆炸的危险，因此需要在绝对安全的环境中自动高效处理。同时，由于电池中电解液含有大量有机物以及LiPF6等有毒有害物质，在处理过程中需要进一步防治这些潜在危害。

　　（2）       二次处理步骤中的污染防治

　　二次处理步骤中，热处理法会产生SO₂、NO₂、NO等有害气体；有机溶剂溶解法溶解后的余液中含有大量而且成分复杂的有机物；碱液溶解法要求使用强碱溶液进行溶解，得到的余液pH高，需要进一步处理。对于热处理法中的有害气体进行无害化处理，对于有机溶剂余液和碱液余液则需考虑循环利用。

　　（3）       深度处理步骤中的完全回收。

　　采用合适的浸出剂进一步提高废旧电池中有价金属的浸出率，通过将化学沉淀法与溶剂萃取法结合提高浸出液中有价金属离子的回收率，得到符合要求的金属化合物产品。

　　（4）       废旧锂离子动力电池中各成分的综合回收利用。

　　目前回收的重点是正极材料，有价金属含量高，经济价值大。但是对于电池中的其它成分，隔膜、电解液、负极活性材料等物质基本回收，需要加强对这些成分的回收研究。

　　2.       技术趋势

　　目前回收工艺主要分为干法、湿法和生物回收，其中湿法为目前的主要工艺，其回收率高且能够对贵金属进行定向回收;干法一般作为湿法的配套工艺，主要用于金属的初步处理，而生物回收尚处于初级阶段，技术发展仍不成熟。

　　未来废旧锂离子电池资源化技术研究将朝着有效降低成本、减少二次污染、增加回收物质种类和提高回收率方向发展，同时以低能耗、低污染为特点的新型生物冶金方法在回收工艺中的应用也将成为未来研发的重点。

　　（1）       专利技术一：生物回收技术

　　生物回收技术具有成本低、污染小、可重复利用的特点，是未来锂电池回收技术发展的理想方向。

　　生物冶金法利用微生物菌类的代谢来实现对钴、锂等元素的选择性的浸出。利用无机化能营养、嗜酸氧化亚铁菌从废锂离子电池中溶解金属的生物浸出法是一种新颖的、有发展潜力的浸出方法。该方法成本低，污染小，能源消耗低，微生物可重复利用；但将其应用在锂电池回收的相关技术刚刚起步，高效的菌种培养、耗时长、浸出条件控制等技术问题亟待解决。

　　（2）       专利技术二：超临界流体技术

　　超临界流体萃取技术(Supercritical Fluid Extraction，简称SFE)是一种以超临界流体为溶剂与物料混合，通过改变温度和压力大小来调整流体的密度，可改变可溶解组分的溶解度，达到分离或精制特定成分的新型分离技术。超临界流体无毒无害不易燃且热力学性能比较稳定，可取代对环境污染严重的有机溶剂，被称为未来的绿色溶剂。目前研究较多的超临界流体主要有乙烯、乙烷、丙烷、水、氧化亚氮、二氧化碳等，其中文献报道最多的超零界流体是超临界CO₂和水。

　　超临界CO₂流体萃取的原理是压力和温度的差异影响超临界CO₂的溶解力。将废旧电池置于超临界反应釜中，使待分离的电池与超临界CO₂充分接触，根据电池成分极性、熔沸点和分子量的差异，将电解液选择性地萃取出来。此方法适用于收集废旧电池的电解液，但工作环境要求高,处理费用高。

　　相关研究和技术有待深入，且超临界流体操作压力较高，对设备要求高，使得一次性投资较大等问题限制了超临界流体萃取技术的工业化和规模化应用。随着国内外学者对超临界流体的更深入的研究，超临界流体技术的工业化将具有更好的应用前景，给社会带来更大的经济效益和环保效益。

　　（3）       专利技术三：电极直接修复技术

　　将预处理得到的电极材料，通过破坏粘结剂（PVDF）使活性材料和铝箔分离，然后将混合粉末中的Li复合物粉体分离并回收。破坏PVDF的方法有高温焙烧分解与有机溶剂溶解两种。Li复合物和碳粉的分离方法有碳燃烧法、泡沫浮选法和沉浮法。电极直接修复技术方法简单，工艺流程短，环境污染少。但处理效率不能保证，修复之后的电极材料是否具有良好的充放电和安全性能，是否能够直接用作锂离子电池的电极材料，还有待进一步的考证。

　　（4）       专利技术四：浸出液合成电极材料

　　将浸出液直接参与化学反应生成钴酸锂电极材料。采用的方法有非晶型柠檬酸盐沉淀法和Na₂CO₃共沉淀法。此法是通过向还原浸出液中添加柠檬酸或者碳酸钠沉淀，得到沉淀粉体，对粉体进行高温焙烧后得到钴酸锂电极材料。该方法工艺简单、产品附加值大、回收率高。产品使用性能高，符合多元化的复合氧化物的发展趋势。但能耗高，二次污染严重，后续分离和提取铝、钴及锂等金属元素的工艺复杂。实现电池材料的循环利用，形成完整的锂离子电池产业循环链，解决废旧锂离子电池处理技术应用中存在的成本高、废液废气污染、电解质回收和资源回收率不高等问题是废旧锂离子电池资源化技术研究的发展方向。

　　我国锂电池回收政策

　　自2006年起，我国锂电池产业每年以20%~30%的速度快速增长，其中大多为车用动力锂电池。随着中国新能源汽车推广使用数量的快速上升，2018年开始进入动力蓄电池大规模退役期，预计到2020年我国动力电池回收量将超过22万吨，2022年将达到42.2万吨。由于国内尚未建立完备的动力电池回收体系，即将报废电池无法得到妥善安置，对环境造成严重危害，完善回收市场体系已经迫在眉睫。

　　相关部门颁布了系列政策、行规，建立动力电池梯级利用和回收管理体系，旨在引导、规范动力电池回收行业集约化发展，培养试点示范。表2罗列了2009年-2018年以来与锂电池回收相关的政策。

　　国务院于2012年印发《节能与新能源汽车产业发展规划2012-2020》，强调要制定电池回收用管理办法，建立动力电池梯级利用和回收管理体系。

　　2016年1月《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策（2015年版）》中对废旧动力蓄电池的利用应遵循先梯级利用后再生利用的原则，提高资源利用率。梯级利用：将废旧动力蓄电池（或其中的蓄电池包/蓄电池块/单体蓄电池）应用到其他领域的过程，可以一级利用也可以多级利用。再生利用：对废旧动力蓄电池进行拆解、破碎、冶炼等处理，以回收其中有价元素为目的的资源化利用过程。目前仅有磷酸铁锂电池可以通过梯次利用发挥剩余价值，三元材料的电池仍以拆解回收为主。

　　工信部2016年发布的《新能源汽车废旧动力蓄电池利用行业规范条件和行业规范公告管理暂行办理》，鼓励综合使用干法和湿法对动力蓄电池回收利用。

　　2017年1月国务院印发的《生产者责任延伸制度推行方案》中，明确了电池的回收责任归生产者所有，要求电动汽车及动力电池生产企业建立废旧电池回收网络，利用售后服务网络回收废旧电池，统计并发布回收信息，确保废旧电池规范回收利用和安全处置。

　　2018年7月3日，工信部发布《新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》。明确了动力蓄电池设计、生产及回收责任，综合利用企业资质要求、政府部门监督管理责任等细则。管理规定指出，按照相关要求建立“新能源汽车国家监测与动力蓄电池回收利用溯源综合管理平台”，对动力蓄电池生产、销售、使用、报废、回收、利用等全过程进行信息采集，对各环节主体履行回收利用责任情况实施监测。

　　2018年9月第一批符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》企业名单公布。

　　总体看来，2017年、2018年是我国大力推动锂电池回收标准体系建立的关键年，在市场需求的推动和政府的引导下，动力电池回收行业正逐步规范，发展前景一片光明。

　　除相关政策外北京市及其他城市开展了废铅蓄电池生产者责任制试点工作，主要进行铅蓄电池生产企业通过本企业在京产品销售网络，逆向回收废铅蓄电池，并将其转移至危险废物经营许可证单位无害化利用处置。

　　近年来我国在动力锂电池回收领域加大了国际合作力度，如：2009年中美两国政府签署了《关于中美清洁能源联合研究中心合作议定书》，开展包括动力锂电池回收在内优先领域产学研联盟的合作研发；2011年，国家发改委和德国环境部签署《关于动力电池回收利用合作的谅解备忘录》，成立“中德动力电池回收利用项目联合工作组”，研究在中国建立动力电池回收示范项目。通过引进和吸收国外成熟的动力锂电池回收法规的经验和模式，发展符合我国国情的相应法律体系。

　　国外锂电池回收政策体系

　　日本、美国、欧盟等国家关于废旧锂电池回收已建立相对完善的法律法规与回收体系，政府制定有关电池回收的政策使电池回收及二次使用更加资源化，无污化，并且积极开展动力电池梯级利用方面的实验研究和工程应用，已经有一些成功应用的工程和商业项目。

　　日本锂电池回收政策体系

　　日本对新能源电池回收起步较早,相关法律法规也最为全面，对旧电池的收集和回收主要从法律法规和政府补贴两方面采取措施。在电动车产业链中，构筑循环经济的模式。日本法律法规方面主要有三个层次：第一基本法，即《促进建立循环型社会基本法》；第二综合性法律，包括《固体废弃物管理和公共清洁法》、《资源有效利用促进法》、《资源回收利用法》、《再生资源法》等；第三专门法层面，包括根据产产业·报告Industry·Report品性质制定的专门法规，包括《汽车再循环法》。另一方面，日本政府积极采取措施推动电池厂商建立“电池生产销售—回收—再生处理”的回收利用体系，并对电池处理厂提供一定金额的补贴。

　　日本健全的循环经济发展法律法规体系，为动力电池的回收利用提供了良好规范。在动力电池梯级利用方面，日产汽车上市前和住友集团合资成立了4R Energy公司，主要从事电动汽车废弃电池的再利用。目前日产聆风汽车的报废电池可作为家用、商用储能产品。

　　美国锂电池回收政策体系

　　美国通过制定法律，加强企业生产监管对废电池回收进行管理，且对动力电池梯级利用研究较为全面，在动力电池经济效益、技术及商业可行性分析等方面都做了系统研究。

　　比如，2011年通用汽车与ABB开始合作试验将五组使用过的雪佛兰Volt沃蓝达蓄电池重新整合入一个模块化装置中，设计出的装置可支持3-5个美国普通家庭俩小时的电力供应。类似设计可为一些家庭及小型商用楼在停电时提供备用电。同时，还可以弥补风电、光电或其他可再生能源发电中的缺口，实现了对资源的最大化利用。

　　针对废旧电池回收利用，美国主要从联邦、州级和地方三个层面构建法律体系。联邦层面主要包括《资源保护与再生法》《清洁空气法》《清洁水法》和《含汞和可充电电池管理法案》（以下简称《电池法案》）。其中《电池法案》要求电池生产商将电池设计为可拆卸式。

　　在州级层面，美国大部分州采用的电池回收法规是由美国国际电池协会提议的，该法规要求电池制造商与整个产业链中的主体，要引导零售商、消费者等参与废旧电池回收工作，并设立惩罚机制。例如，纽约州1989年制定的《纽约州回收法》、加州2005年制定的《可充电电池回收与再利用法案》都强制要求电池零售商回收消费者的废旧电池。

　　在地方层面，美国大部分市政会也会制定电池回收利用法规，减轻废旧电池对生态环境的危害。

　　在废旧电池的回收工作上，美国确立了以生产者责任延伸为原则的回收体系。电池生产者在生产电池的时候要建立统一标识并通过自身回收网络，做到对电池的回收利用。

　　欧盟锂电池回收政策体系

　　欧盟涉及废铅蓄电池收集处理的法规可分为三类：第一类是《电池、蓄电池与废电池、废蓄电池修正指令》；第二类是《关于化学品的注册、评估、许可办法》、《报废电子电气设备指令》和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》；第三类是《报废汽车指令》，在满足有害物质要求的前提下必须符合电池指令的相关要求。

　　德国、法国、葡萄牙、捷克、波兰和匈牙利等欧盟成员国执行电池指令的方式和措施各异，收集体系建设、费用、回收效果不尽相同。以德国为例，德国依据欧盟《电池、蓄电池与废电池、废蓄电池修正指令》和《报废汽车指令》制定本国的电池回收法和报废汽车回收法，规定德国境内的电池生产企业和进口商必须在政府登记，电池销售商需配合生产企业回收废电池，消费者有义务将废电池交给指定的回收机构。

　　此外通过押金制，建立基金有力促进电池回收的市场化体系，使用者义务在指定点交回废弃电池。生产企业与使用者，协议各自担负的回收经费支出。目前，德国已建立了较完善的回收利用法律制度。同时，德国环境部资助了两个动力电池回收利用示范项目（Li BRi项目和Litho R ec项目），对废旧动力电池进行资源化利用进行研究。

　　（作者单位：中国科学院文献情报中心咨询服务部）