我国从“九•五”开始将新能源汽车技术研究与开发持续列入国家科技计划;2010年国务院发布《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,确定将新能源汽车作为七大战略性新兴产业之一;2012年《节能与新能源汽车产业发展规划(2012―2020年)》提出以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向,当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化。目前国家已累计投入数十亿元用于新能源汽车自主研发和示范运行,我国新能源汽车发展已初步具备产业化基础。特别是从2013年9月《关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知》发布之后,国家对于新能源汽车产业的支持政策已经由产业规划层面逐渐转向实际操作层面,先后有三十余个城市或城市群成为新能源汽车推广应用示范城市,规划并制定了新能源汽车推广应用目标,并在资金补贴、基础设施建设等方面给予大力支持。全社会及汽车消费市场对于国家推广新能源汽车产业发展的态度,已经形成了一个比较稳定的预期。
当车用动力电池容量衰减至初始容量的70%以下时,一次充电续航里程的明显减小,意味着车用动力电池车载使命的终结。随着纯电动汽车、插电式混合动力汽车的产业化和规模化,作为新能源汽车最重要零部件之一的动力电池将在未来若干年逐渐进入批量报废阶段,预计到2020 年前后,我国仅纯电动(含插电式)乘用车和混合动力乘用车动力电池的累计报废量将会达到12~17 万吨。若不能对动力电池系统加以有效回收再利用,由此带来的新能源汽车产业发展与环境、资源之间矛盾将越来越突出,会对生态环境与人类健康产生严重危害。此外,废旧锂离子电池中含有大量 Li、Co 及 Cu、Al 等有价金属,回收废旧动力电池并对金属资源加以有效利用,可以进一步降低电池的生产成本、提升全寿命周期的价值。
车用动力电池系统及其回收再利用技术
锂离子电池是新能源汽车应用最为普遍的一类动力电池。一个完整的动力锂离子电池系统,主要包括由若干锂离子电池按照串并联方式组成的电池组、电池管理系统(BMS)、高压安全系统、检测单元、电池箱体等。作为动力电池系统的核心,锂离子电池由正极、负极、集流体、隔膜、外壳等部件组成。因正极材料的不同,主要分为镍钴锰三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂等体系;因尺寸规格的不同,主要分为钢壳、软包、圆柱等组装形式。
废旧动力锂离子电池系统的回收再利用主要包括动力电池系统拆解和电池材料回收与资源化再生两个关键部分。在动力电池系统拆解方面,主要包括废旧动力电池无电化预处理、电池包拆解、动力电池模组拆解等步骤,分离出单体电池。如何针对钢壳、圆柱、软包等不同电芯规格,开发一整套自动化的拆解工艺,达到车用动力电池快速、安全、环保拆解的要求是有待进一步解决的问题。在电池材料回收与资源化再生方面,已有相关研究报道,主要有火法、湿法、电化学方法等。湿法回收是目前废旧电池回收技术较为成熟的一种方法。用火法冶金可以回收中的钴和镍,但对锂金属的回收效果不好,因为锂会进入冶炼后的炉渣之中,需要对炉渣进一步处理才能提取锂盐。
国内外废旧动力电池系统回收再利用的实施状况
国外废旧动力电池回收再利用项目起步较早,从事报废动力电池回收处理的知名企业包括Umicore(比利时)、Toxco(美国)、Accurec GmbH(德国)等公司。其中德国在推广电动汽车的同时就开始着手建立电池回收体系、动力电池回收利用技术示范及法律制度建设。
国内外对于动力电池拆解回收的研究尚在起步阶段,技术条件尚未成熟,多数电池厂家不具备回收技术与能力将废电池或废料统一出售。当前我国尚未建立废旧动力电池收集、运输、存储、再生处理的循环利用体系,缺乏相关管理制度。不久的将来,淘汰和废弃动力的处理将是我国不得不面临的问题,如何实现动力与环境共融和动力的高效回收利用已成为摆在产业可持续发展面前的重要课题。因此,动力电池是否能够有效回收利用将直接影响新能源汽车产业的可持续发展和国家节能减排战略的有效实施。
目前工信部、科技部、发改委、财政部等四部委已经开始布局和筹划动力电池回收相关事宜,在2014年底发布的《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》中提出汽车生产企业作为动力电池回收利用的责任主体,负责动力电池的回收。未来我国还需要从健全法律法规、政策和标准体系,规范和完善废旧动力电池回收渠道,落实生产者责任延伸制度,开展动力电池回收利用技术研发和示范项目等方面加快电动汽车动力电池回收利用产业的规划和布局,解决车用动力电池进入生命周期末端后所带来的潜在环境污染和资源浪费,在推动我国循环经济产业健康快速发展的同时,支持我国电动汽车产业实现可持续发展。