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[摘要]謝紹忠，江西贛鋒循環(huán)科技有限公司副總經(jīng)理、江西省新能源汽車動力電池回收利用協(xié)會副會長。從事鋰產(chǎn)品的研究與產(chǎn)業(yè)化十余年，主持參與制定碳酸鋰、電池級碳酸鋰、單水氫氧化鋰等10余項國家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，先后榮獲江西省優(yōu)秀新產(chǎn)品一等獎、中國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎等。
謝紹忠，江西贛鋒循環(huán)科技有限公司副總經(jīng)理、江西省新能源汽車動力電池回收利用協(xié)會副會長。從事鋰產(chǎn)品的研究與產(chǎn)業(yè)化十余年，主持參與制定碳酸鋰、電池級碳酸鋰、單水氫氧化鋰等10余項國家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，先后榮獲江西省優(yōu)秀新產(chǎn)品一等獎、中國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎等。
《汽車專家述評》2021年12月刊以“新能源汽車動力電池回收助力‘碳中和’”為主題，邀請中汽咨詢委委員和行業(yè)著名專家以及有實戰(zhàn)經(jīng)驗的優(yōu)秀企業(yè)專家進(jìn)行撰稿，分為“頂層設(shè)計與政策導(dǎo)向”、“先進(jìn)技術(shù)工藝”、“創(chuàng)新商業(yè)模式”三大板塊，對動力電池回收利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行全方位、多層次的研究和探討。非常榮幸邀請到謝紹忠副總經(jīng)理為“先進(jìn)技術(shù)工藝”板塊撰稿，分享贛鋒循環(huán)的車用磷酸鐵鋰電池的回收與再生利用技術(shù)，以期對行業(yè)的發(fā)展提供借鑒和思考。以下為全文內(nèi)容：
謝紹忠：車用磷酸鐵鋰電池的回收與再生利用技術(shù)
中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，2021年1-10月份，我國新能源汽車產(chǎn)銷量分別達(dá)到256.6萬輛和254.2萬輛，創(chuàng)歷史新高。近幾個月，以高安全性和穩(wěn)定性著稱的磷酸鐵鋰電池廣受市場青睞，出貨量反超三元材料電池。據(jù)中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟統(tǒng)計，2021年1-10 月，我國動力電池產(chǎn)量累159.8GWh，其中磷酸鐵鋰電池產(chǎn)量累計 87.5Wh，占比達(dá)54.8%。隨著汽車產(chǎn)業(yè)電動化熱潮迭起，未來車用磷酸鐵鋰電池的回收市場也將成為百億乃至千億的市場。
1.國內(nèi)外車用磷酸鐵鋰電池回收技術(shù)
回收車用磷酸鐵鋰電池主要分為兩階段，第一階段為磷酸鐵鋰電池包到磷酸鐵鋰粉末的過程，主要采用機(jī)械破碎分離的方法；第二階段為磷酸鐵鋰粉末到碳酸鋰等鋰鹽產(chǎn)品的過程。目前國內(nèi)外企業(yè)回收磷酸鐵鋰粉末到碳酸鋰等鋰鹽產(chǎn)品的技術(shù)路線主要有兩種：一是物理修復(fù)再生；二是冶金法回收，主要有濕法冶金、火法—濕法聯(lián)合工藝。
廢舊磷酸鐵鋰正極材料的物理修復(fù)再生方法是指LiFePO4直接添加鋰源通過高溫?zé)Y(jié)法進(jìn)行原位逆向補鋰修復(fù)再生；容量衰減、表面晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的正極材料加入還原劑的低溫含Li溶液中補鋰，之后經(jīng)過退火直接再生新的LiFePO4，該方法對原料要求高，且修復(fù)產(chǎn)品沒有相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，市場認(rèn)可度有待提升。
廢舊磷酸鐵鋰正極材料的濕法冶金主要有硫酸體系浸出和鹽酸體系氧化浸出，采用液堿或氨水進(jìn)行鐵鋁鈣鎂雜質(zhì)的去除，得到純凈的硫酸鋰溶液或氯化鋰溶液，采用飽和Na2CO3作為鋰沉淀劑，將含鋰溶液從一次沉淀后的殘液中分離，得到Li2CO3。無機(jī)酸浸效率高，但浸出過程中會產(chǎn)生有毒氣體和含酸廢水，存在二次污染問題。
火法—濕法聯(lián)合工藝主要是將廢舊磷酸鐵鋰正極材料經(jīng)加熱窯高溫?zé)峤馊コ娊庖汉驼辰Y(jié)劑，后采用濕法冶金進(jìn)行鋰的提取，該方法能夠有效解決含鋰溶液COD含量偏高，但整個過程能耗高、回收效率低。
2.回收車用磷酸鐵鋰電池產(chǎn)業(yè)重大問題及技術(shù)瓶頸
退役動力電池一般帶電，易燃易爆，且電池中含有電解液，一旦泄露易發(fā)生大氣、水、土壤環(huán)境的污染。磷酸鐵鋰電池含有鋰、鐵、磷等金屬，回收有利于金屬資源循環(huán)利用，環(huán)境友好。現(xiàn)階段回收車用磷酸鐵鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需解決的重大問題及技術(shù)瓶頸主要體現(xiàn)在總體裝備水平低和磷酸鐵鋰廢料全組份回收難，具體如下：
1.1總體裝備水平較低。電池包及模組拆解自動化水平不高。目前主要以人工輔助機(jī)械設(shè)備拆解為主，單體電池則采用機(jī)械切割將外殼與內(nèi)部正負(fù)極極片分離，再在密閉手套箱中采用人工分選出正極片、負(fù)極片、隔膜等，拆解效率低下，且拆解設(shè)備的兼容性較差，單臺設(shè)備僅能拆解少數(shù)幾種型號的電池；
2.2磷酸鐵鋰廢料全組份回收難。目前國內(nèi)暫無廠家實現(xiàn)回收磷酸鐵鋰廢料制備高品質(zhì)磷酸鐵的產(chǎn)業(yè)化，目前回收磷酸鐵鋰企業(yè)主要采用氧化酸浸進(jìn)行提鋰制備鋰鹽產(chǎn)品，而磷酸鐵鋰中剩余的鐵、磷則進(jìn)入渣相，且產(chǎn)生的渣量大，1噸正極粉料接近2噸濕渣，未能進(jìn)行回收利用。磷鐵元素若未進(jìn)行利用首先產(chǎn)生大量的固廢渣，其次整個工藝的經(jīng)濟(jì)價值降低，市場上每噸磷酸鐵的價格在2萬元左右，從資源利用的角度看，磷酸鐵鋰廢料全組份回收既是技術(shù)上的進(jìn)步，也有利于資源的循環(huán)利用。
3.贛鋒鋰業(yè)回收車用磷酸鐵鋰電池的技術(shù)實踐
贛鋒鋰業(yè)于2016年設(shè)立江西贛鋒循環(huán)科技有限公司全資子公司，專業(yè)從事廢舊鋰電池的再生利用。2019年建成投產(chǎn)年處理34000噸廢舊鋰電池綜合回收項目；2020年啟動二期年產(chǎn)12000噸三元前驅(qū)體擴(kuò)建項目，該項目已于2021年12月試運行，預(yù)計2022年中下旬達(dá)產(chǎn)；2021年11月啟動三期10萬噸退役鋰電池綜合回收項目，主要解決前端電池拆解至極片粉料的能力不足，預(yù)計2023年建成投產(chǎn)。
贛鋒鋰業(yè)研發(fā)中心大樓
相較于三元電池回收，國內(nèi)規(guī)模化磷酸鐵鋰的企業(yè)較少。贛鋒循環(huán)一直致力于廢舊鋰電池再生利用技術(shù)開發(fā)、研究和生產(chǎn)，特別是對于廢舊磷酸鐵鋰電池回收的研究，處于行業(yè)領(lǐng)先水平，是國內(nèi)為數(shù)不多的實現(xiàn)規(guī)模化處理廢舊磷酸鐵鋰電池的再生利用企業(yè)。目前贛鋒循環(huán)已具備2萬噸/年磷酸鐵鋰電池處理能力，2019-2020年磷酸鐵鋰電池、極片、廢料等年平均1萬噸/年，2021年處理磷酸鐵鋰電池、極片、廢料等預(yù)計在2萬噸左右。預(yù)計三期項目建成后，公司將具備5-7萬噸/年磷酸鐵鋰電池的處理能力。
目前贛鋒鋰業(yè)回收車用磷酸鐵鋰電池主要具有如下特點：
（1）火法-濕法聯(lián)合處理工藝。贛鋒將礦石提鋰技術(shù)（火法焙燒,含氟廢棄的處理）嫁接到鐵鋰電池的回收，形成了具有贛鋒特色的火法-濕法聯(lián)合處理鐵鋰技術(shù)，有效地解決含氟尾氣處理及能耗高的問題。
（2）鋰回收率提升。在提鋰過程中含鋰母液循環(huán)利用，減少工藝廢水排放的同時提升鋰的收率，鋰回收率達(dá)91.8%。
（3）鋰高值化產(chǎn)品種類豐富。利用贛鋒產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，產(chǎn)品高值轉(zhuǎn)化成電池級碳酸鋰、電池級氫氧化鋰、電池級氟化鋰、高純碳酸鋰等鋰鹽產(chǎn)品。這些產(chǎn)品具備較高的進(jìn)入門檻，每噸產(chǎn)品收益提高10000元以上，并且在2019年在鋰鈷齊跌的背景下每噸廢舊磷酸鐵鋰電池回收再生利用整個過程能夠創(chuàng)造300-500元盈利。
（4）磷、鐵、鋰全元素回收。公司實驗室已掌握磷酸鐵鋰全元素回收技術(shù)，目前正在設(shè)計建設(shè)3000噸/年高品質(zhì)無水磷酸鐵中試線，預(yù)計2022年上半年建成投產(chǎn)。
4.回收車用磷酸鐵鋰電池的技術(shù)趨勢
目前退役動力電池存在回收機(jī)理研究不深入、前端拆解自動化水平不高、定向轉(zhuǎn)化技術(shù)不成熟、綜合利用不成體系、工藝裝備水平落后、回收產(chǎn)品附加值低、二次污染嚴(yán)重等問題，亟需研發(fā)退役鋰電材料的高效清潔回收利用技術(shù)。主要體現(xiàn)在：
（1）拆解技術(shù)及裝備創(chuàng)新。革新國內(nèi)已有拆解裝備安全性差、效率低等瓶頸，突破電池包高效智能拆解、卷芯自動拆分、極片無塵破碎分離技術(shù)，實現(xiàn)多種規(guī)格退役動力電池柔性上下料、智能識別、自動化精細(xì)化拆解、兼容多種型號電池，并且兼顧安全、消防、遠(yuǎn)程監(jiān)控可視化設(shè)計。
贛鋒理業(yè)電池包智能拆解平臺
（2）全組份高效清潔回收利用技術(shù)突破。規(guī)模化實現(xiàn)全組份回收鋰、磷、鐵元素制備高品質(zhì)無水磷酸鐵和碳酸鋰、氫氧化鋰等鋰鹽產(chǎn)品。
未來，贛鋒鋰業(yè)將繼續(xù)加大對新能源汽車退役動力電池回收產(chǎn)業(yè)的投入，創(chuàng)新裝備升級、突破回收產(chǎn)業(yè)技術(shù)瓶頸，為“2030碳達(dá)峰、2060碳中和”貢獻(xiàn)贛鋒力量。
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