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李荐:废旧动力电池全组份物流法回收技术

2020-03-04 07:36    来源:大红鹰娱乐    

  编者按:2018年1月20-21日,中国电动汽车百人会论坛(2018)在钓鱼台国宾馆召开。本次论坛的主题为“把握全球变革趋势 实现高品质发展”,总参会人数超过1500人,100多位发言嘉宾齐聚一堂共商新能源汽车发展大计。我们将摘录一些颇有见地的嘉宾观点,与读者共享。以下是中南大学教授李荐的内容。

  上午也有很多专家已经提到了我们行业的发展形势,大家都很清楚,2030年我们电动汽车要达到百分之四五十的量,是国家大的规划。可以说从目前我们2017年七十几万辆,总共加起来保有量与目标来比后续我们还有N倍的增长空间。可能大家会担心,新能源发展这么热是不是中国的一厢情愿或者说一拍脑袋想的一个主意。其实我们从世界范围来看,确实不能这么说,特别是欧洲一些发达国家甚至比我们中国更激进一些,这是我罗列了欧洲一些国家全面燃油车销售的时间表。像、英国、法国都提出了燃油车的销售的时间,当然不确定到那天能不能真正,起码对他们来说是一个或者。我们可以看到,连印度都想在2030年全面燃油车的销售,但在中国全面燃油车到底是哪一天,现在还不准确,有人说可能会在2040年,这也不一定。但总的来说,我们中国也是在新能源发展上充分的考虑到了我们中国的产业现状、技术现状以及发展趋势,才综合制定了这样一个目标,不是拍脑袋来的。

  这是跟回收比较相关的,我也借用中汽研的一些数据,到2020年大概会累计报废到32万吨以上,一些电池同行估计可能会到50万吨,我想这也是有可能的。

  伴随着这样一个报废量,如果我们按里面金属的价值来算,到2030年就能达到230多亿美金的市场份额,可以说是很大的一块蛋糕。有人把新能源动力电池回收称为我们新能源这个行业的最后一公里,也有的称为最后一片蓝海,所以说这非常值得关注,相对来说目前回收这个行业竞争可能是相对薄弱一些。

  这是我们总结的几点动力电池回收的必要性,有人提出不回收行不行,我们为什么一定要回收?要回收到什么程度?首先是安全问题,大家知道新能源车,连乘用车大概300多伏的电,大巴车更是要600多伏的电,高压直流电,如果任由老百姓拖回家去拆、出的概率比较高,所以从安全角度来看是必须要回收的。

  从环保角度,其实我们说锂离子电池,曾经说绿色电池,但是那是跟铅酸电池相比,确实没有铅的污染,我们可以这么骄傲的说,但是不等于没有污染,比如磷、氟等等。

  还有很重要的一点说明不回收的后果严重到什么程度?从资源角度来看,不回收我们的新能源会搞不下去,会很严重。比如说钴、镍,前面有很多专家,包括现阶段也确实是这样,三元材料已经成为了一个比磷酸铁锂用量更大的在动力电池方面的应用,三元少不了钴和镍,虽然说现在高镍,但是钴也还是要用。我们中国的钴95%是进口的,95%什么概念?可以说几乎和没有是一样,我们石油70%的对外依存度大家就很紧张,上升到资源战略问题,这95%是不是应该更紧张。

  同时,我们的钴已经有70%以上用在了电池上,前面说了,我们新能源汽车还要翻N倍,已经用了70%了,钴利用率还如何翻,这是一个需要思考的问题。镍稍微好一点,但是也没有好很多,现在随着高镍材料的应用以及总量的增加,虽然说现在镍用量只占2%左右,很快我觉得会用到接近10%,一旦到了这个程度,也会像钴一样的,引起镍的价格的暴涨,现在其实镍已经开始涨了,到大概十几万/吨了,钴由2016年的18万涨到了50多万。其实还有锂,前面说钴、镍,如果用磷酸铁锂或者用锰酸锂就可以不用钴、镍了,但是锂是去不掉的,只要用锂离子电池。我们国家的锂现在70%是进口的,70%也是很大的份额了。也就是说从这几个方面来看,不回收连资源都不够用,所以说这是一定要回收的,这是必要性。

  回收的几方面技术我这里也非常简要的串讲一下。首先,梯级利用,这是国家目前在大力的,可以说为了节约社会资源,同时也让低值的磷酸铁锂这样的电池进一步的发挥它的余热,能够在回收这个环节使它具有更大的价值体现,所以说梯级利用常值得考虑的。

  但是目前梯级利用有一个什么重要问题呢?如果说很正规的去挑选、成组,其实它的成本是相当高的,包括现在大家很多车辆设计的时候,都说唯恐接触不良,都是焊接,像软包更不用说,像18650几乎都是焊上去得,这个时候要想把它拆下来梯级利用,可以说难度很高、成本也会很高,是很重要的问题。目前我们也看到,有些部门或者说一些企业,已经在考虑如何为了后面方便梯级利用来进行一些规划和设计,比如说模块化,我们梯级的时候只用到模块的话,可以大幅度降低成本。梯级利用,从技术上来说不是多么高端,每一家电池厂、每一家PACK厂都可以搞得定。

  这是我们做过的梯级利用的示范,把梯级利用的电池包拆开,配上一个简易的管理系统,并且把它用到低速车上,原来这个低速车是用铅酸电池的,我们做了一个表来对比,从对比情况来看,从重量、行驶里程和充放电时间都有明显的优势。同时,由于是梯级利用的,如果成本控制得好,可以接近于铅酸电池的价格。如果是这样的状态,我想低速车这个领域是很有可能进得去的,因为低速车大家现在知道,90%以上用的是铅酸电池,并不是说老百姓就认可铅酸电池,其实是认可了铅酸电池的价格,如果我们价格做的跟铅酸电池相近、性能还有优势,我想这个行业应该是进得去的。大家也不要小瞧低速车,我记得2016年的数据,我们拿补贴的正规的车辆卖了50.7万辆,低速车在不拿补贴甚至还有很多地方的状态下卖了100多万辆,所以说市场是实实在在存在那里的,我们锂离子电池能不能进去就看我们的本事了。

  另外一个很重要的应用就是铁塔、储能,不展开讲,行业人士都知道。其他方面,比如说家庭小储能、电动自行车,我认为对于梯级利用也是值得关注的一些事情。

  从材料回收角度也简要介绍一下,这是(图)一个电池里面大致的成份,铁锂和三元锂可能略不一样,但是也差不太多。这些成份从理论上来说都希望把它回收回来,如何能做到这一点,并且在回收过程中尽量的减少和控制污染非常值得研究。

  前面两张PPT是介绍国外的回收技术,有一个是美国的Toxco公司的,有一定的代表性,很重要一点,有一个液氮冷冻,叫低温冷冻粉碎,这个很有意思,在零下100多度的情况下,电池电解液全部凝固,也没有安全问题,也没有需要放电的问题,并且在这么低的温度下粘结剂也变得很脆、也很容易分离。

  低温冷冻粉碎以后,后面用的是湿法冶金,我们搞冶金的,用酸、用碱萃取是湿法冶金,粉末的材料用酸溶解掉,然后萃取分解出钴盐、酸盐等附属物,当然还有不容物回收回来。

  这个工艺有一个很重要的特点,刚刚说的低温冷冻,但是它的能耗比较高,毕竟要得到液氮,再把温度升起来,一冷一热,需要大量的能耗。同时,它的主流工艺仍然是湿法冶金,对于磷酸铁锂这样低值的材料来说,它算不过来这个经济账。

  这是目前国外比较主流的火法冶金,一个是美国一家公司的,一个是Inmetco,都是以这个为主要线。很重要的特点是,把电经过分类,初步拆解以后放到高温的电弧炉里面,我们统一称为高温,冶金上我们叫火法冶金。高温的情况下,一千几百度的情况下,电池里所有能燃烧的东西全部烧掉,比如石墨、碳黑、隔膜电解液、胶这些全部被烧掉,在烧掉的过程中进行适当控制可以让金属氧化物还原成金属合金,同时像铜铝这样活泼一些的金属就以氧化物落渣的形式漂浮在金属合金溶体的表面,通过这个落渣可以把它分开。火法冶金,特点是能耗比较高,但是有很重要的优势,这个工艺“胃口”很好,随便什么电池都可以放进去。国内的湿法冶金工艺跟前面的比较相似,也是萃取、分离、沉淀,目前国内主要的方式都是湿法冶金。

  后面是我们的工艺,我们的工艺是以物理法为主,有几个主要的环节,前面第一个称为精确的拆解,接着进行材料的修复,我们这个材料的修复跟前面湿法冶金相比,别人是把它溶解掉,我们是把这个材料重新合成,直接合成为电池能用的材料,当然有很多细节问题,时间关系不展开讨论。

  这是我们的中试装置,在中南大学有这样的中试装置线,欢迎同行去交流参观。这是中试过程中得到的一些产品,一些电性能、雾化性能的对比研究,包括低温性能以及倍率性能,这都是把修复的材料跟买来的调料进行对比,它的各种优势,循环性能做到1700次还有88%左右的容量。同时我们也对比了很多杂质,用物理法肯定会有少量的杂质存在,对材料的性能我们做了很详细的对比。

  在可控的范围内这些杂质其实影响不大,这是得到的材料的性能(图),总的来说还是能够很接近于买来的这种材料。这是这个技术的特点,以物理法为主,没有污染,工艺流程比较短。我们目前正在天津建设这样的实体工厂,这是我们测算的盈利情况,大概净利率会达到20%以上。这是我们的团队和正在建设中的工厂。返回搜狐,查看更多


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