动力电池回收：从“破烂儿”到“新蓝海”

新能源电动车行业的快速发展导致废旧动力电池数量激增，包括退役动力电池在内的废旧锂离子电池回收问题凸显。由于退役动力电池兼具环境危害性和资源性，若不对其进行回收利用，会造成严重的环境污染和资源浪费。

9月16日，在工业和信息化部举行的主题发布会上，工业和信息化部节能与综合利用司司长黄利斌表示，下一步将加快出台一批动力电池回收利用国家标准、行业标准。

“随着新能源汽车产业快速发展，动力电池退役量逐年上升。做好动力电池回收利用工作，对于保护生态环境、提高资源利用效率、保障新能源汽车产业持续健康发展具有重要意义。”黄利斌指出。

动力电池回收的千亿蓝海

根据公安部统计的数据，截至今年6月底，我国新能源汽车保有量已经突破千万，达到1001万辆。此外，新能源汽车销量还在成倍增长，业内诸多观点认为，今年新能源乘用车销量将超过600万辆。

在新能源汽车迅猛发展、上游原材料大幅涨价以及“欧盟电池最新法案”等多重因素驱动下，动力电池回收行业去年开始升温，资本、车企、电池生产商逐渐涌入电池回收赛道，电池回收企业更是成为了合作中的“香饽饽”

2021年下半年以来，各大券商几乎异口同声地喊出“千亿风口”的诱人口号。比如，天风证券预测，在中性预期下，预计2030年我国动力电池回收的市场总规模将达到758.4亿元，乐观情形下，2030年动力电池回收市场总规模则有望达到1048.9亿元。千亿市场风起，动力电池回收从不被重视的“破烂儿”行业将变成未来的一片新蓝海。

动力电池回收白名单企业

动力电池回收行业2020年起步，2021年进入白热化竞争阶段，原因是2021年新能源汽车销量大幅增长，致使动力电池回收的“千亿风口”提前到来。不过，万家企业“抢破烂”热潮之下，无序竞争、劣币驱逐良币、环保隐患等问题日益凸显。

为了加强综合利用企业的规范化管理，同时也对相关企业具备的技术、装备和工艺等提出要求，工信部根据相关规范分别于2018年、2020年、2021年先后公布了三批符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》的企业名单（俗称白名单）。

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

（来源：梁展星等，《废旧动力电池回收利用技术与政策分析》）

到目前为止，三批动力电池回收利用白名单企业共计已达47家，废旧动力电池回收市场已成为近期各大电池、新能源厂商及资本关注的焦点。

动力电池回收工艺

正极材料回收

锂电池种类较多，根据正极材料区分常见的有钴酸锂电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池等，这些锂电池中含有较多的Co、Ni、Mn、Li、Fe等金属资源，具有很高的回收价值。目前工艺上主要有火法冶金与湿法回收。

早期的火法冶金中，废旧电池几乎不经过任何前处理，直接将电池组拆分后进行煅烧。对于贵重金属含量较高的废电池来说，这种方法具有经济可行性，但对于磷酸铁锂或锰酸锂等电池来说难以实行。传统的火法冶金能耗高、材料损失大、会产生有毒气体，而且无法回收锂。后来有人利用火法冶金与其他方法相结合的方式来实现锂的回收，比如火法结合湿法冶金、真空蒸发以及惰性气体氛围焙烧等。这些方法最终都可以得到锂化合物，减少了锂损失。

湿法回收主要包括浸出和分离（萃取、沉淀）过程，通过酸或碱对锂电池正极材料进行溶解，将正极活性物质中的金属组分浸出，再通过萃取、沉淀等工艺程序获得相应的金属及金属化合物。湿法冶金是一种很成熟的废旧锂电池处理方法，更适合中小规模废旧锂离子电池的回收。其优点是处理成本较低，有价金属综合回收率较高，但回收过程用到大量的酸或碱，对环境影响较大。

负极材料回收

目前对负极材料的研究相对较少。负极材料以碳为主，包括石墨、铜箔、硅碳合金和钛酸锂材料。石墨和铜箔的回收可以解决电池级石墨和精铜资源短缺的问题，目前主要通过高温煅烧法、酸浸法、硫酸固化法、电化学法等来收集石墨。

石墨回收方法：(a)无机酸回收；(b)硫酸固化法；(c)电化学法

（来源：燕乔一等，《锂离子电池负极石墨回收处理及资源循环》）

最常用的回收方法是酸浸处理法，以三氟乙酸和无机酸为溶剂，通过脱除石墨废料中的层间金属离子和其他未分离的正极材料/集流体等来获得深度净化的石墨，再经预煅烧-草酸盐球磨混合-长时间高温石墨化处理才可得电池级石墨负极材料。该工艺路线虽然成熟，但是存在流程长、成本高等弊端。

电解液回收

电解液主要由锂盐、有机溶剂和添加剂组成。由于市场需求旺盛，碳酸酯溶剂和锂盐价格逐年升高，溶剂碳酸二甲酯（DMC）在2022年初达10000元/吨，而锂盐LiPF6高达55万元/吨。中国能提供F元素的萤石仅能供开采约15年，成本日益增加。此外LiPF6极易分解，在空气中遇到痕量水即会分解产生HF、OPF3等有害物质，对人体健康和生态环境产生巨大危害。考虑到未来废电解液量将非常巨大，从资源和环保角度出发，电解液回收及高值化利用均迫在眉睫。

电解液基本组成（来源：张群斌等，《废旧电池电解液回收及高值化利用研发进展》）

电解液回收主要在动力电池拆解及破碎工序进行，多采用物理手段将其提取出来。考虑到成本及规模等因素，目前大多数企业仅回收高价值的能源金属元素，忽略电解液的回收。

不同电解液回收的机理示意图：(a)冷冻法；(b)机械离心法；(c)有机溶剂萃取法；(d)、(e)超临界二氧化碳萃取法；(f)锂盐回收方法（来源：张群斌等，《废旧电池电解液回收及高值化利用研发进展》）

截至目前仅有少数企业开展过电解液的回收技术研发。英国AEA公司经低温破碎、分离钢材后，用乙腈提取电池中的电解液，采用N-甲基吡咯烷酮（NMP）提取黏合剂（PVDF），分选后得到Cu、Al和塑料，电沉积法将溶液中的Co转化为CoO，流程如下图（c）所示。日本OnTo公司开发了Eco-Bat工艺，将电池放置在一定压力和温度的容器中，用液态二氧化碳溶解电池内的电解液，改变温度和压力使CO2气化，进而让电解液从中脱出，流程如下图（d）所示。

国内外企业回收锂电池电解液案例：(a)格林美工艺;(b)比利时Umicore工艺;(c)英国AEA工艺;(d)日本OnTo工艺;(e)法国Recupyl工艺

（来源：张群斌等，《废旧电池电解液回收及高值化利用研发进展》）

动力电池回收技术中国知识产权

采用文献计量与专利计量相结合的研究方法，并借鉴邱均平等提出的指标体系，以生产力、影响力和创新力为衡量指标，分析中国知识产权在该领域的全球竞争力。

论文分析

废旧锂离子电池回收技术发文量前10的机构（来源：周超峰等，《废旧锂离子电池回收技术中国知识产权》）

生产力方面，以发文量和全球占比为衡量指标，结果显示：在前10位主要机构中有6位来自中国。其中，中国科学院和中南大学在发文量和全球占比方面占绝对优势，处于第一梯队，成为该技术发展的主要发文力量；美国能源部和德国亥姆霍兹联合会是为发文量最多的国外机构，位居第二梯队，属于该技术发展的重要发文力量。

影响力方面，以H指数、总他引次数和篇均他引次数为衡量指标，结果显示：中国科学院、中南大学和美国能源部居H指数和总他引次数的前三位；北京理工大学、中国科学院和美国能源部位列篇均他引次数前三位。

创新力方面，以高被引论文数量为衡量指标，由多到少依次为中南大学、中国科学院、德国亥姆霍兹联合会和印度科学和工业研究理事会，进一步反映出中国在该领域的引领作用。美国、德国、法国和印度尽管在此方面与中国有一定的差距，但影响力也不容小觑。

专利分析

前10位创新主体及专利分布（来源：周超峰等，《废旧锂离子电池回收技术中国知识产权》）

专利方面，仅中国的中南大学和昆明理工大学覆盖了所有技术领域。但从创新主体性质来看，美日两国的创新主体以注重经济效益和实用价值的企业为主，企业成为两国在废旧锂离子电池回收技术领域的创新力量；而中国创新主体则以高校和科研院所为主，企业较少。这反映出我国在该领域的创新主体方面与美日存在较大差异。

结语与展望

锂电池是新能源汽车和电化学储能系统的重要组成，是实现国家可持续发展战略和“碳中和”目标的关键储能技术。随着新能源汽车普及和可再生能源的大规模利用，锂离子电池在储能领域的作用将越来越大，电池回收也成为一个重要问题。

企业方面，企业应抓住机遇，在降低成本、优化流程、提高效率等方面加大研发投，以提高企业市场竞争力。

回收工艺方面，以往回收主要集中在高价金属元素的回收和利用，对负极材料与电解液回收利用较少。然而，负极含电池级石墨材料，电解液中含有大量的有机溶剂和锂盐，进行回收处理和资源再生研究，不仅可以有效缓解市场的潜在供需风险，还可减少对环境的二次污染。

知识产权方面，针对我国创新主体以高校和科研院所为主、企业较少的现象，建议相关部门积极制定激励措施，积极引导企业、高校、科研院所之间的专利融合；以市场为导向，组建“政-产-学-研-用”五位一体的合作联盟，构建废旧锂离子电池回收产业链的知识产权保护体系，促进实验室技术向市场转移转化，提升相关科研成果的先进性、实用性、竞争性和影响力。

参考资料：

1、人民网，《工信部：将加快出台一批动力电池回收利用国家标准、行业标准》

2、徐正震等，《废旧锂电池正极材料中有价金属的回收工艺研究进展》

3、梁展星等，《废旧动力电池回收利用技术与政策分析》

4、张群斌等，《废旧电池电解液回收及高值化利用研发进展》

5、燕乔一等，《锂离子电池负极石墨回收处理及资源循环》

6、周超峰等，《废旧锂离子电池回收技术中国知识产权》

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