缺锂少钴的日本“悟到”报废电池的好

壹零社科技宅 2024-10-19 04:02:00

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动力电池第二春

汽车电动化的速度超乎想象,而寿命大概在6年左右的动力电池又该何去何从?据机构预测,到2040年,全球三分之二的载人汽车将会是电动车,与这个惊人数据相对应的,是动力电池一路走高的报废量。

仅以我国为例,从2014年开始,新能源车的交付量就在不断攀升,截至今年6月底,全国新能源汽车保有量达2472万辆,其中,纯电动汽车保有量1813.4万辆,占新能源汽车总量的七成以上。

这意味着动力电池批量退役的压力早已经落下。从2015年到2023年,我国全年动力电池装机量从16GWh增长至387.7GWh,年复合增长率超50%,甚至在2021年,我国就已经迎来了第一批动力电池退役高潮。

我国近年来,锂电池回收量

而在电动车起步缓慢的海外市场,一样要面对终将到来的动力电池退役潮,只不过它们目前还只能看见“潮头”,离巨量的长尾还有距离。

退役的电池自然不会埋进土里,体积巨大的动力电池包含着大量重金属、电解质、溶剂及各类有机物辅料,集多种毒性很强的污染物于一身,如果当普通垃圾随意填埋,那就完全和清洁环保的初衷相违背。所以退役的动力电池的命运,要么“再就业”被梯次利用,要么就是拆解回收。

“梯次利用”就是把动力电池整包,或者还能用的、比较优质的电芯拿出来,用到储能或对续航要求没那么高的两轮电动车领域。

一般来说,当动力电池的容量衰减至额定容量的70%以下时,就不再适用于电动汽车续航,但这个时候的动力电池性能仍然可以满足很多设备的能源需要,当其容量下降至20%后才需要强制报废了。但梯次利用过程其实并不成熟,还容易带来灰黑产风险。

“拆解回收”其实就是为了动力电池里的稀有元素,这也是最直接的获利方式。

比如动力电池主要技术路线之一的三元锂电池,它的循环寿命大概是800次,也就是说电池可以完整地充放电800次,在这800次循环之后,电池的容量一般会下降到80%以下。这种循环寿命就不合适拿来梯次利用了,反倒是内含的大量锂、钴、镍等高价金属更有吸引力。

要知道每辆电动车大概会消耗200公斤的稀有金属,这些材料如果回收的好,对于动力电池的再生产同样有降本之效。不用说前几年疯涨过一波的锂,就说另一个十分稀有的钴金属,它地壳含量低,分布却大多集中于非洲,开采产能并不稳定,一有战乱就涨价,一涨价整条供应链都要叫苦——所以业内人士一般尊其为“钴奶奶”。

在拆解回收这条路上,恐怕没有哪个国家比中国更熟悉和擅长,但随着各国电动车的普及,这门生意的价值也被更多人所看重。

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产能强则回收强

由于我国是动力电池目前最大的生产国,在伴生的电池回收利用环节同样是佼佼者,甚至把邻国的退役电池也都囊括在内。

据日本媒体报道,目前日本每年约有2万辆电动车的动力电池到达退役标准,其中8成的二手电动车被出口到了海外,与之相随的动力电池以及其所含有稀有金属则大部分流向了中国。

其实在过去很长的一段时间里,日本公司在锂电池领域凭借着先发优势和技术积累,长期占据着世界锂电池市场份额的首位,只不过其本国既没有动力电池所需的稀有金属原材料,也没有加工稀有金属的中间材料,且电动化起步犹豫又缓慢,动力电池回收和再利用的法律制度建设至今没有也没个雏形,自然难与中国市场比拼。

相比之下,我国虽然稀有金属产量不高,但锂的加工和提炼领域,中国能占到世界的65%;钴的加工和提炼方面,中国能占到76%;在石墨的开采方面占70%,在加工和提炼方面占100%……另外,根据市场调研机构Statista统计,截至2023年12月,中国在电池回收能力方面领先全球,回收能力超过50万吨。

不过,近两年,缺锂少钴的日本已经在着手,要将退役动力电池留在本国,打算用技术的手段解决缺少原材料的困境。

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想分蛋糕要准备什么?

日本经济产业省预计,到2030年,日本国内锂离子电池产能将达到每年150GWh,而目前约为20GWh。为了实现这一目标,日本需要确保大量的锂、镍、石墨、钴和锰等电池材料的供应。既然没有,又不想依赖他国,自然要在回收上做文章,其最近的目标是要在2030年实现锂回收率70%、镍和钴回收率95%。

光从技术上来说,要完成这个目标并不简单。在对一块三元锂电池拆解后,通常要先进行预处理,第一步就是放电,毕竟旧电池还是有些电荷存在的,大多是把电池泡在氯化钠等盐溶液中;之后,会对电池进行破碎和筛分,同时辅以惰性气体或低温保护,避免事故发生;然后就是提取金属了。

以价值比较高的正极材料为例,有火法冶金和湿法冶金两大工艺路线。“火法冶金”就是通过煅烧的方式把金属还原出来,学术点讲,是通过高温焚烧去除电极材料中的有机粘结剂,同时使其中的金属及其化合物发生氧化还原反应,以冷凝的形式回收低沸点的金属及其化合物。这一工艺路线的缺点在于能耗大、纯度低。

而“湿法冶金”是对电池材料进行溶解,把固相转换为液相,将金属离子从电极材料中转移到浸出液中,再通过离子交换、沉淀、吸附等手段,将金属离子以盐、氧化物等形式从溶液中提取出来。这是目前的主流工艺路线。

当然,每家企业擅长的工艺技术都不尽相同,所以也是科研发挥的重点。日本目前最大的火力发电企业JERA(捷热)选择的就是火法冶金路线,只不过会在还原过程中施加高压电产生冲击波,据称能把稀有金属的回收率从6成提升到9成。

日本目前的电池回收链条主要由电池企业主导

不过,且不说JERA还没在日本建成回收工厂,这一工艺技术尚未大规模推广应用;就算工厂建成落地,电池回收链条能否打通还是个问题。

我国目前废旧电池主要有三大来源,即4S店维修更换、报废汽车和电池企业残次品。回收利用企业对4S店和报废厂两大渠道都没有掌控能力。在日本也是一样,JERA这样的传统电力企业,想参与其中,必须要与电池企业或者其他市场参与主体合作,才能“有米下锅”,光有技术没有产业链支持可不行。

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