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锂电池报废大潮即将来袭

04.07.2018
阿比盖尔•贝尔
 
随着电动汽车的普及,天量废旧电池将何去何从?阿比盖尔·贝尔问道。
 
大量废旧电池将在2025年前后开始进入回收市场。图片来源:Shutterstock
 
到2020年,汽车行业对锂电池的需求预计将超过消费类电子产品。
 
中国计划到2025年销售3500万辆电动汽车,而这也使该国成为这一增长背后迄今为止最大的推动力。根据国际能源机构(International Energy Agency)的数据,2017年全球电动汽车保有量仅为370万台。
 
但随着锂电池(蓄电池的一种)成为数百万电动汽车的一部分,并且挤入电力存储等新兴市场,回收业是否准备好迎接蓄电池退役的大潮?
 
电池市场迅猛增长
 
未来十年,电动汽车市场预计将大幅增长。
 
2017年,中国插电式电动汽车共计卖出77.7万辆,较上年增长53%,占全球120万辆电动汽车总销售量的一半以上。
 
美国市场也在持续增长。据报道,2012至2016年间美国电动汽车销售平均增长了32%。到2025年,电动汽车预计将占美国乘用车销量的20%,而2017年这一数字仅为1%多一点。
 
欧洲正在大力推广电动汽车。英法两国将从2040年起禁止柴油和汽油汽车的销售,德国则更进一步,提议将禁售时间定为2030年。
 
根据高盛集团估计,特斯拉S型电动汽车搭载的电池使用的锂比1万部智能手机还要多。随着电池在电动汽车和电网电力存储领域的应用越来越广,锂电池的需求将随之增长。
 
“我们预计到2027年,全球锂电产业的年产量将从现在的1亿千瓦时增长到近8亿千瓦时,”凯恩能源研究咨询公司(Cairn Energy Research Advisors)总经理萨姆·杰夫说。“这几乎增长了8倍,其中固定型蓄电池只占不到8%,大部分都是车载电池,”他说。
 
据摩根士丹利的数据,由于需求不断增长,2016到2018年间锂价翻了一番还多。
 
锂的开采对环境的影响也很大。锂矿多存在于玻利维亚和智利等地的盐滩,开采过程中会用到有毒物质。
 
我们目前回收锂电池的技术还不够高效。“通常会把废旧电池熔化,然后回收里面的钴,”杰夫说。“目前还没有回收锂的方法,但最终还是要找出办法的。”
 
回收锂和锂电池中的其他成分将是一个抑制新材料需求增长,并减轻开采负面影响的方法。
 
锂电回收的局限
 
目前,全球范围内锂电池的回收量还不清楚。过去10年很大一部分锂电池都是用在手机等小型消费类电子设备上。这些锂电池通常都和电子设备一起处理了。
 
大多数电动汽车尚未达到使用年限。当代第一辆由锂电池驱动的全电动汽车特斯拉Roadster于2008年上市。也就是说,第一代电动汽车的电池还没有达到需要回收的年限,但时间正在流逝。
 
据估计,欧洲的锂电池回收率为5%,但各个区域和产业部门之间的回收率存在差异。欧洲、北美和日本都开展了旨在开发有效回收技术的项目,其中以美国和加拿大的公司较为领先。
 
报废潮即将到来
 
托德·科伊是Retriev技术公司的副总裁,该公司在北美拥有并经营着两家锂电池回收企业,一家位于加拿大不列颠哥伦比亚省(卑诗省)的特雷尔,另一家位于美国俄亥俄州的兰卡斯特。后者由美国能源部部分出资建立,专门用于回收插电式混合动力车和全电动汽车的电池。
 
科伊预测,电动汽车和电网电力存储使用的较大型的电池未来会更容易回收。随着其广泛使用,这些电池将在全球使用的锂电池中占更高的比例。
 
“体积较小的锂电池在使用后仍将被丢弃,或者是和设备(无论是便携式工具,还是电子设备)一起被遗忘在抽屉的角落里,”科伊说。“混合动力车和电动汽车或者储能设备中的电池因为体积较大,不易丢弃,所以回收率应该会较高。”
 
总部位于比利时的矿业公司优美科(Umicore)经营了一家电池回收试点公司,每年可冶炼7000吨电池,这在目前足以满足客户需求,但公司预计回收量将会增加。
 
“大量废旧电池将在2025年前后开始进入回收市场,”优美科发言人马基林·希尔斯说。“我们预计未来十年年回收量将超过10万吨。”
 
回收不易
 
制定标准的锂电池回收程序很难,原因在于不同的锂电池其化学成分存在很大的差异。有些电池组分注重的是输出电能,有些注重的是能量密度,还有一些则注重的是使用寿命。相比铅酸蓄电池等其他类型的电池。组分的多样性让锂电池的回收更加复杂,成本更高。
 
还有一个问题是,回收过程中要投入多少能源。机械分离所需的能源和时间都比较少,但回收的东西有限;如果使用化学分离,电池将被溶解,然后采用化学方法分离各种材料。另一种方法是将电池磨成细小的粉末,之后通过不同的分离阶段对混合物中的各种成分进行分离,这种方法的投入最大。但没有一种可以做到完全回收电池。
 
欧盟目前要求对达到使用寿命的车载电池进行回收。“现在他们只是熔化电池,回收里面少量的钴,然后把废渣扔到垃圾填埋场,”杰夫说。“法律条文的字面意思是遵守了,但精神显然没有体现。”
 
“我们真正需要的是开发新的回收方法,将其工业化,让回收锂变成大家负担得起的活动,”他说。“许多人正在为此努力。最终,一些方法将成功经受住检验,从而建立起一个更加彻底的回收行业。”
 
废旧电池的重生
 
另一种选择是通过重新调整电池的用途,延长其使用寿命。例如,在高性能的电动汽车电池彻底废弃之前,将其拆下来用于存储电力。
 
目前最可能使用二次电池的是家用电能储存。但这里有一个问题,电池使用一段时间后,其能量密度就会降低,储电量大不如前,这就意味着相同数量的电能需要更多的电池来储存,因此占用更多的物理空间,成本也会提高。此外,制造商无法像新电池那样,轻易保证它们的性能。
 
日产是二次电池市场的先驱。2018年3月,日产公布了一个项目,用公司旗下聆风电动汽车的电池为离网路灯储存电能。该项目位于日本的浪江町,二次电池和一块太阳能电池板连在一起,白天充电,晚上为路灯供电,预计今年年底将全面开展安装工作。
 
如果像日产这样的制造商能够为二次电池找到市场,那么随着未来越来越多的房屋脱离电网,实现电力自给,二次电池将来很可能会大有可为。
 
根据国际能源机构的数据,2009至2016年间电池的成本降低了4倍,所以未来二次电池的成本也会相应降低。
 
“长远来看,”杰夫说“如果要在全球范围内全面推广电动汽车,电池回收就是无法回避的问题。但这得是几十年后的事情了。”
 
 
翻译:金艳
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