1 梯级利用模式
目前中国梯级利用的领域以通信储能、电力系统储能和低速车领域为主 。
通信基站电池主要起备电作用,保证在停电期间基站的持续稳定运行。梯次利用锂离子电池相比铅酸电池在循环寿命、能量密度、高温性能等方面具备一定优势,在技术上可满足各种工况备电需求。由于通信基站备用电源的标称电压为48 V,对电池管理系统(BMS)要求也不相同,因此目前采用将电池包拆解重组(包括模组重组为主)应用的方式,同时也在探索动力电池整包应用的相关方案。
低速 电动车领域主要包括四轮低速电动车、电动摩托车、电动轻便摩托车和电动自行车等,目前应用以铅酸电池为主。截止2017 年底,我国四轮低速电动车保有量超过200 万辆,按照《四轮低速电动车技术条件》(草案)的要求,采用锂离子电池的趋势非常明确;电动三轮车保有量超过5 000 万辆,主要应用领域是农村地区作为生产力工具,同时可作为城市快递运送车辆;电动自行车保有量高达2.5 亿辆。废旧锂离子电池的技术性能满足低速电动车的相关标准和使用要求,只需要在标称电压、外形尺寸等方面进行调整,经过重组检测达到要求后即可使用。
2 资源再生利用模式
报废锂离子电池中含有锂、铝、铜、镍、钴、锰等有价金属元素,对其高效回收利用,符合可持续发展的要求。三元锂电池中含有的镍钴锰等金属元素含量远高于原矿,以目前在新能源汽车中用量最大的NCM523 材料为例,镍、钴和锰元素的化学计量分别为30.4%、12.2%和17.1%;
磷酸铁锂电池虽不含镍钴锰等有价技术元素,其1.1%的锂元素含量高于我国开发利用的品位仅为0.8%~1.4%(Li2O)的原矿(对应到锂含量仅0.4%~0.7%)[9]。贵重金属价格的上涨及矿产资源的稀缺使得废旧锂离子电池回收的价值凸显,回收效率高,较直接开采矿石的生产方式更具有成本优势。
废旧锂离子电池资源化技术遵循的原则:从源头进行固废减量,对电池精细化拆分,对不同材料进行分类处理,最大限度实现资源循环利用。
废锂离子电池回收技术体系,主要包括预处理、回收和再利用三个过程:
(1) 预处理:包括放电、拆解、分离分选等主要步骤,其中放电技术主要包括:短接放电、液氮低温穿孔等,分离技术主要包括:机械分离、酸/ 碱溶、有机溶剂溶解、热处理法等;
(2) 回收:包括浸出/ 富集和分离纯化。浸出/ 富集分为干法回收、湿法回收;分离纯化是指以化学溶剂萃取浸出方法将正极活性物质中的金属组分转移至溶液中,通过萃取、沉淀、吸附、电解等对高附加值的金属进行分离提纯和回收;
(3) 再利用:分为直接修复再生和电极材料的合成两种技术体系,其中电极材料合成方法主要包括:高温固相合成法、溶胶凝胶法、水热合成法和电沉积再生法等。