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新能源汽車廢舊電池怎么處理?

時(shí)間:2024-08-23 16:48:32來(lái)源:21ic電子網(wǎng)

導(dǎo)語(yǔ):?新能源汽車的快速發(fā)展,帶來(lái)了動(dòng)力電池的大量退役。據(jù)預(yù)測(cè),到2025年,中國(guó)的動(dòng)力電池退役量將達(dá)到60萬(wàn)噸,市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)100億。這些廢舊電池如果處理不當(dāng),將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。那么,廢舊電池應(yīng)該如何處理?回收利用還是污染源?

  動(dòng)力電池新能源汽車的“心臟”,其性能和壽命決定了汽車的性能和安全。一般來(lái)說(shuō),當(dāng)電池容量降低到80%以下時(shí),就不能滿足汽車的動(dòng)力需求,需要更換或報(bào)廢。這些退役的電池中含有大量的有色金屬和有毒物質(zhì),如鈷、鎳、鋰、氟等,如果隨意丟棄或填埋,會(huì)對(duì)土壤、水源和空氣造成嚴(yán)重的污染。因此,做好動(dòng)力電池的回收利用,對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高資源利用效率、保障新能源汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

  目前,動(dòng)力電池的回收利用主要有梯次利用和再生利用兩種方式。

  梯次利用是指將退役的動(dòng)力電池經(jīng)過(guò)檢測(cè)、分選、修復(fù)等處理后,再用于其他領(lǐng)域,如儲(chǔ)能、通信基站、太陽(yáng)能等。這種方式可以延長(zhǎng)電池的使用壽命,減少對(duì)環(huán)境的影響,同時(shí)也可以帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。然而,梯次利用也面臨一些問(wèn)題,如標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、技術(shù)不成熟、市場(chǎng)不規(guī)范等。目前,我國(guó)的梯次利用還處于探索階段,主要以示范項(xiàng)目為主,尚未形成完整的商業(yè)模式。

  再生利用是指將退役的動(dòng)力電池經(jīng)過(guò)拆解、分離、提純等工藝,回收其中的有價(jià)值金屬元素,再將這些材料循環(huán)利用于新的電池或其他產(chǎn)品中。這種方式可以實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用,減少對(duì)外依賴,同時(shí)也可以降低新能源汽車的成本。目前,再生利用是行業(yè)內(nèi)主流的回收方式。根據(jù)工信部發(fā)布的《新能源汽車廢舊動(dòng)力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件(2019年本)》,綜合利用企業(yè)應(yīng)具備相應(yīng)的資質(zhì)和條件,并實(shí)行“有進(jìn)有出”的動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制。

  再生利用的技術(shù)路線主要有物理回收、濕法回收和火法回收三種。

  物理回收是通過(guò)破碎、過(guò)篩、磁選等手段將電池中的各種組分分離出來(lái),并進(jìn)行材料修復(fù)。這種方法可以實(shí)現(xiàn)全組分、全自動(dòng)、無(wú)污染的拆解,但人工強(qiáng)度大,其他有價(jià)金屬回收困難。

  濕法回收是通過(guò)酸堿溶液將電池中的金屬元素溶解出來(lái),并通過(guò)化學(xué)沉淀、溶劑萃取等手段提取出來(lái)。這種方法可以實(shí)現(xiàn)高效的金屬回收,但工藝流程長(zhǎng),回收過(guò)程涉及腐蝕性溶劑,存在廢液污染等問(wèn)題。

  火法回收是通過(guò)高溫?zé)峤鈱㈦姵刂械慕饘傺趸镞原成金屬,再進(jìn)行深加工處理。這種方法工藝簡(jiǎn)單,可以回收更多的重金屬,但收率低,能耗高,而且會(huì)產(chǎn)生一些廢棄物污染。

  從當(dāng)前我國(guó)再生利用的技術(shù)路線對(duì)比來(lái)看,濕法回收對(duì)金屬元素的回收率高,再制備產(chǎn)品的純度高,已成為業(yè)內(nèi)主流的技術(shù)路線。濕法回收的成本主要由化學(xué)試劑和能源費(fèi)用組成。因此,提高化學(xué)試劑的使用效率、降低再生利用環(huán)節(jié)的能耗成本將是各動(dòng)力電池回收企業(yè)構(gòu)筑成本優(yōu)勢(shì)的著力點(diǎn)。濕法回收的工藝類型主要有無(wú)機(jī)酸浸透、有機(jī)酸浸、堿浸、還原性浸出和強(qiáng)化浸出。近年來(lái),有機(jī)酸和堿浸出工藝因其擁有良好的生物降解性和較低的二次污染,得到了廣泛探索。此外,部分還原劑和強(qiáng)化手段也被添加到浸出體系中,以提高浸出率和金屬回收率。

  電動(dòng)車電池有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池、聚合物鋰電池、鋅空電池、燃料電池等。其中蓄電池又分為閥控鉛酸免維護(hù)蓄電池、膠體鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子電池等。

  現(xiàn)在主要的使用的有鉛酸電池和鋰電池,鉛酸電池笨重,但是價(jià)格便宜,性能穩(wěn)定,技術(shù)比較成熟的;鋰電池,價(jià)格比較貴,但是使用時(shí)間較長(zhǎng),便攜。我前年四月份從道易行商城買過(guò)一個(gè)天能的鉛酸電池,現(xiàn)在都感覺還是不錯(cuò)的,電池還是要多保養(yǎng)的。

  電動(dòng)車電池是電動(dòng)車上的動(dòng)力來(lái)源,現(xiàn)在的電動(dòng)車上絕大多數(shù)裝的是鉛酸蓄電池,鉛酸蓄電池成本低,性價(jià)比高。因?yàn)檫@種電池能充電,可以反復(fù)使用,所以稱它為鉛酸蓄電池。

  1860年,法國(guó)的普朗泰發(fā)明出用鉛做電極的電池,這是鉛酸蓄電池的前身。、

  能夠被電動(dòng)自行車采用的有以下四種動(dòng)力蓄電池,即閥控鉛酸免維護(hù)蓄電池、膠體鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子電池。

  鉛酸蓄電池

  鉛蓄電池因其價(jià)格便宜、材料來(lái)源豐富、比功率較高、技術(shù)和制造工藝較成熟、資源回收率高等綜合因素被各國(guó)各種電動(dòng)車普遍采用和廣泛研究。電動(dòng)自行車作為省力、方便、快速、舒適、價(jià)廉、零排放的個(gè)人交通工具已被人們廣泛接受,并受到國(guó)家有關(guān)部門的重視。由國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心、國(guó)家發(fā)改委、建設(shè)部、科技部等部委參與的《輕型電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究》課題組提出了輕型電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告。電動(dòng)自行車的全國(guó)保有量已達(dá)3000萬(wàn)輛以上。95%以上的電動(dòng)自行車都用閥控鉛蓄電池。[1]

  已商品化的電動(dòng)自行車的絕大多數(shù)是使用的密封式鉛酸蓄電池,使用中不需要經(jīng)常補(bǔ)充水分,免維護(hù)。其主要化學(xué)反應(yīng)是:PbO2+2H2SO4+Pb←充電、放電→2PbSO4+2H2O

  鉛酸蓄電池充電時(shí)變成硫酸鉛的陰陽(yáng)兩極的海綿狀鉛把固定在其中的硫酸成分釋放到電解液中,分別變成海綿狀鉛和氧化鉛,電解液中的硫酸濃度不斷變大;反之放電時(shí)陽(yáng)極中的氧化鉛和陰極板上的海綿狀鉛與電解液中的硫酸發(fā)生反應(yīng)變成硫酸鉛,而電解液中的硫酸濃度不斷降低。當(dāng)鉛酸蓄電池充電不足時(shí),陰陽(yáng)兩極板的硫酸鉛不能完全轉(zhuǎn)化變成海綿狀鉛和氧化鉛,如果長(zhǎng)期充電不足,則會(huì)造成硫酸鉛結(jié)晶,使極板硫化,電池品質(zhì)變劣;反之如果電池過(guò)度充電,陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣量大于陰極的吸附能力,使得蓄電池內(nèi)壓增大,導(dǎo)致氣體外溢,電解液減少,還可能導(dǎo)致活性物質(zhì)軟化或脫落,電池壽命大大縮短。

  綜合性能有很大提高

  近10年來(lái),電動(dòng)自行車用閥控鉛蓄電池的綜合性能有很大提高。以6-DZM-10電池為例。1997年,該型電池存在容量不足,2h率(5A)放電容量達(dá)不到10Ah;比能量低,2h率的比能量不到30Wh/kg;壽命短,100%放電深度的循環(huán)壽命只有50~60次(容量降到8Ah前;以下同),使用壽命只有3~5個(gè)月等問(wèn)題。

  到2003年,2h率(5A)放電容量達(dá)到11~13Ah;2h率比能量達(dá)到33~36Wh/kg;100%放電深度的循環(huán)壽命達(dá)到250~300次,使用壽命可達(dá)到12個(gè)月以上。電動(dòng)自行車用閥控鉛酸蓄電池存在的問(wèn)題基本得到解決。

  該類型電池的深循環(huán)壽命性能又有新的、突破性進(jìn)展。主要表現(xiàn)為:2h率(5A)放電初始容量達(dá)到14Ah;2h率比能量達(dá)到38Wh/kg;100%放電深度的循環(huán)壽命超過(guò)400次,放出總?cè)萘繛?500Ah,相應(yīng)累計(jì)行駛里程約18000km(以4km/Ah計(jì),以下同)。最高的深循環(huán)壽命超過(guò)600次,放出總?cè)萘繛?151Ah,相應(yīng)累計(jì)行駛里程約24600km。如果以容量低于7Ah為壽命終止標(biāo)志,深循環(huán)壽命為943次循環(huán),放出總?cè)萘繛?710Ah,相應(yīng)累計(jì)行駛里程約34800km。如果按深循環(huán)壽命250次或放出的總?cè)萘繛?250Ah、相應(yīng)累計(jì)行駛里程為9000km的電池組可保證使用1年。[1]

  重視與充電器的匹配

  在多年的使用實(shí)踐中,電動(dòng)自行車的整車廠家和蓄電池廠家都逐漸認(rèn)識(shí)了蓄電池與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備之間匹配的重要性,特別是與充電器的匹配。制造質(zhì)量是蓄電池質(zhì)量的前提,但只有在與其相匹配的充電器一起使用才能發(fā)揮高質(zhì)量蓄電池應(yīng)有的優(yōu)越性能,否則高質(zhì)量蓄電池不能完全發(fā)揮其潛在的優(yōu)越性能。[1]

  不同廠家的蓄電池由于在配方、結(jié)構(gòu)、酸濃度等方面的差別,其合適的充電參數(shù)是不同的。例如,我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn),不同廠家的蓄電池在恒壓階段的充電參數(shù)可相差1.5~2.0V(對(duì)36V的電池組)。合適的充電參數(shù)基本要求是:確保電池可充滿,不會(huì)因欠充電造成電池容量不正常的衰減;又要確保電池在全壽命期間不會(huì)因過(guò)充電而造成電池嚴(yán)重失水和產(chǎn)生熱失控。[1]

  純電動(dòng)車用鉛蓄電池

  早期純電動(dòng)車用的開口式鉛蓄電池采用了八·五規(guī)劃期間的研究成果,已取得了可用19個(gè)月(12萬(wàn)公里)的成功經(jīng)驗(yàn),關(guān)鍵是積累了控制好充電方式、放電深度、及時(shí)補(bǔ)水等一套系統(tǒng)匹配的工作經(jīng)驗(yàn)和精心維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)。近年來(lái)四輪微型電動(dòng)車(包括游覽車、巡邏車、高爾夫球車、短距離道路車等)發(fā)展很快,車上采用的大多是開口式鉛蓄電池。相應(yīng)型號(hào)的電池受到蓄電池制造廠家的青睞。[1]

  電動(dòng)車采用的是閥控式密封鉛蓄電池新產(chǎn)品,其性能為:3h率容量55Ah;3h率下比能量為33Wh/kg和84Wh/L;75%放電深度的循環(huán)壽命達(dá)到400次以上。相信電動(dòng)自行車用的閥控鉛蓄電池成功的經(jīng)驗(yàn)可推廣到純電動(dòng)車用閥控鉛蓄電池,性能將會(huì)有進(jìn)一步的提高。[1]

  混合電動(dòng)車用鉛蓄電池

  現(xiàn)在混合電動(dòng)車基本分為3類:輕度混合型(即電動(dòng)系統(tǒng)主要用于起動(dòng)和回收制動(dòng)能量,即將在所有汽車上推廣的42V電系統(tǒng)屬于此型)、中度混合型(即電動(dòng)系統(tǒng)用于起動(dòng)、回收制動(dòng)能量和中、短距離的行駛)、重度混合型(即電動(dòng)系統(tǒng)用于起動(dòng)、回收制動(dòng)能量和較長(zhǎng)距離的行駛,也稱為Plug-in)。[1]

  在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中已明確:在輕度混合的電動(dòng)汽車中,閥控鉛蓄電池是有優(yōu)勢(shì)的,主要因其成本低,技術(shù)成熟,性能可靠;中度混合的電動(dòng)汽車用的閥控鉛蓄電池,ALABC(先進(jìn)鉛酸蓄電池聯(lián)合體)正在組織研制,準(zhǔn)備與MH-Ni蓄電池爭(zhēng)奪中度混合電動(dòng)汽車的市場(chǎng),現(xiàn)已推出并進(jìn)行了車上試驗(yàn)的卷繞式雙極耳電池和TMF(金屬薄膜)電池;在重度混合的電動(dòng)汽車領(lǐng)域,鉛蓄電池的比能量低,無(wú)法滿足電動(dòng)系統(tǒng)較長(zhǎng)距離的行駛要求。[1]

  膠體蓄電池

  是對(duì)液態(tài)電解質(zhì)的普通鉛酸蓄電池的改進(jìn)。它采用凝膠狀電解質(zhì),內(nèi)部無(wú)游離的液體存在,在同等體積下電解質(zhì)容量大,熱容量大,熱消散能力強(qiáng),能避免一般蓄電池易產(chǎn)生的熱失控現(xiàn)象;電解質(zhì)濃度低,對(duì)極板腐蝕弱;濃度均勻,不存在酸分層的現(xiàn)象。

  目前,新能源汽車退役廢舊動(dòng)力電池的回收處理利用問(wèn)題引起社會(huì)廣泛關(guān)注,已成為我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中亟須破解的難題。

  筆者認(rèn)為,治理解決好此問(wèn)題,需由政府相關(guān)部門及時(shí)出手、行業(yè)企業(yè)同心聯(lián)手,加快完善新能源汽車動(dòng)力電池回收管理制度,形成全周期管控、全產(chǎn)業(yè)鏈回收的資源高效利用體系,引導(dǎo)各相關(guān)方力量積極發(fā)揮作用,齊力推進(jìn)動(dòng)力電池回收利用市場(chǎng)健康發(fā)展。

  廢舊動(dòng)力電池回收數(shù)量陡增、回收渠道雜亂、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)增大、安全隱患增多,嚴(yán)重妨礙回收資源利用效率提升。

  通過(guò)自主調(diào)研了解,2021年,我國(guó)新能源汽車銷售已突破350萬(wàn)輛,全年累計(jì)裝車量達(dá)154.5吉瓦時(shí),同比增長(zhǎng)142.8%,這表明動(dòng)力電池已迎來(lái)快速增長(zhǎng)期。與此同時(shí),退役動(dòng)力電池?cái)?shù)量也逐漸增加。按純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池使用壽命推算,2018年以前銷售的約130萬(wàn)輛純電動(dòng)汽車將陸續(xù)進(jìn)入報(bào)廢期。數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)國(guó)內(nèi)新能源汽車動(dòng)力電池累計(jì)退役量已超過(guò)20萬(wàn)噸,預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到78萬(wàn)噸。

  目前,我國(guó)一些地方電池回收市場(chǎng)比較混亂。一些正規(guī)從事新能源汽車廢舊動(dòng)力電池回收利用的大企業(yè)反映,通過(guò)正規(guī)渠道回收來(lái)的動(dòng)力電池僅占全行業(yè)數(shù)量的1/4,約有一半以上流向了非正規(guī)渠道的民間小作坊,面臨電池回收數(shù)量不足、貨源供應(yīng)不上、累遭非規(guī)范的個(gè)體戶和小作坊擠壓生存空間的困境。

  而流入小作坊的大量廢舊動(dòng)力電池,被拆解企業(yè)在廠房簡(jiǎn)陋、位置偏僻的地方進(jìn)行人工操作,造成嚴(yán)重的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。更令人擔(dān)憂的是,他們將收購(gòu)來(lái)的動(dòng)力電池經(jīng)工人手工拆解后,揀選組裝成不同規(guī)格的其他電池,不僅大量用于低速電動(dòng)自行車、電動(dòng)三輪車和家庭儲(chǔ)能、備用電源等,埋下安全隱患;而且無(wú)形中擾亂了市場(chǎng)秩序,給規(guī)范生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了不公平和較大成本負(fù)擔(dān)。

標(biāo)簽: 新能源汽車

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