中南大學(xué)教授李薦：廢舊動力電池全組份物流法回收技術(shù)
圖為中南大學(xué)教授李薦發(fā)表主題演講
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1月21日，在中國電動汽車百人會論壇（2018）的“優(yōu)化電池產(chǎn)業(yè)鏈助力電動汽車普及化”主題論壇上，中南大學(xué)教授李薦發(fā)表主題演講。
以下為演講實(shí)錄：
非常榮幸能參與百人會論壇這樣一個(gè)高級別的研討。下面我就把我們這些年對動力電池回收這塊的一些認(rèn)知與各位同行進(jìn)行一些分享。
上午也有很多專家已經(jīng)提到了我們行業(yè)的發(fā)展形勢，大家都很清楚，2030年我們電動汽車要達(dá)到百分之四五十的量，是國家大的規(guī)劃。可以說從目前我們2017年七十幾萬輛，總共加起來保有量與目標(biāo)來比后續(xù)我們還有N倍的增長空間。可能大家會擔(dān)心，新能源發(fā)展這么熱是不是中國政府的一廂情愿或者說一拍腦袋想的一個(gè)主意。其實(shí)我們從世界范圍來看，確實(shí)不能這么說，特別是歐洲一些發(fā)達(dá)國家甚至比我們中國更激進(jìn)一些，這是我羅列了歐洲一些國家全面禁止燃油車銷售的時(shí)間表。像德國、英國、法國都提出了禁止燃油車的銷售的時(shí)間，當(dāng)然不確定到那天能不能真正禁止，起碼對他們來說是一個(gè)倡議或者倡導(dǎo)。我們可以看到，連印度都想在2030年全面禁止燃油車的銷售，但在中國全面禁止燃油車到底是哪一天，現(xiàn)在還不準(zhǔn)確，有人說可能會在2040年，這也不一定。但總的來說，我們中國也是在新能源發(fā)展上充分的考慮到了我們中國的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、技術(shù)現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢，才綜合制定了這樣一個(gè)目標(biāo)，不是拍腦袋來的。
這是跟回收比較相關(guān)的，我也借用中汽研的一些數(shù)據(jù)，到2020年大概會累計(jì)報(bào)廢到32萬噸以上，一些電池同行估計(jì)可能會到50萬噸，我想這也是有可能的。
伴隨著這樣一個(gè)報(bào)廢量，如果我們按里面金屬的價(jià)值來算，到2030年就能達(dá)到230多億美金的市場份額，可以說是很大的一塊蛋糕。有人把新能源動力電池回收稱為我們新能源這個(gè)行業(yè)的最后一公里，也有的稱為最后一片藍(lán)海，所以說這非常值得關(guān)注，相對來說目前回收這個(gè)行業(yè)競爭可能是相對薄弱一些。
這是我們總結(jié)的幾點(diǎn)動力電池回收的必要性，有人提出不回收行不行，我們?yōu)槭裁匆欢ㄒ厥眨恳厥盏绞裁闯潭龋渴紫仁前踩珕栴}，大家知道新能源車，連乘用車大概300多伏的電，大巴車更是要600多伏的電，高壓直流電，如果任由老百姓拖回家去拆、出危險(xiǎn)的概率比較高，所以從安全角度來看是必須要回收的。
從環(huán)保角度，其實(shí)我們說鋰離子電池，曾經(jīng)說綠色電池，但是那是跟鉛酸電池相比，確實(shí)沒有鉛的污染，我們可以這么驕傲的說，但是不等于沒有污染，比如磷、氟等等。
還有很重要的一點(diǎn)說明不回收的后果嚴(yán)重到什么程度？從資源角度來看，不回收我們的新能源會搞不下去，會很嚴(yán)重。比如說鈷、鎳，前面有很多專家，包括現(xiàn)階段也確實(shí)是這樣，三元材料已經(jīng)成為了一個(gè)比磷酸鐵鋰用量更大的在動力電池方面的應(yīng)用，三元少不了鈷和鎳，雖然說現(xiàn)在高鎳，但是鈷也還是要用。我們中國的鈷95%是進(jìn)口的，95%什么概念？可以說幾乎和沒有是一樣，我們石油70%的對外依存度大家就很緊張，上升到資源戰(zhàn)略問題，這95%是不是應(yīng)該更緊張。
同時(shí)，我們的鈷已經(jīng)有70%以上用在了電池上，前面說了，我們新能源汽車還要翻N倍，已經(jīng)用了70%了，鈷利用率還如何翻，這是一個(gè)需要思考的問題。鎳稍微好一點(diǎn)，但是也沒有好很多，現(xiàn)在隨著高鎳材料的應(yīng)用以及總量的增加，雖然說現(xiàn)在鎳用量只占2%左右，很快我覺得會用到接近10%，一旦到了這個(gè)程度，也會像鈷一樣的，引起鎳的價(jià)格的暴漲，現(xiàn)在其實(shí)鎳已經(jīng)開始漲了，到大概十幾萬/噸了，鈷由2016年的18萬漲到了50多萬。其實(shí)還有鋰，前面說鈷、鎳，如果用磷酸鐵鋰或者用錳酸鋰就可以不用鈷、鎳了，但是鋰是去不掉的，只要用鋰離子電池。我們國家的鋰現(xiàn)在70%是進(jìn)口的，70%也是很大的份額了。也就是說從這幾個(gè)方面來看，不回收連資源都不夠用，所以說這是一定要回收的，這是必要性。
回收的幾方面技術(shù)我這里也非常簡要的串講一下。首先，梯級利用，這是國家目前在大力倡導(dǎo)的，可以說為了節(jié)約社會資源，同時(shí)也讓低值的磷酸鐵鋰這樣的電池進(jìn)一步的發(fā)揮它的余熱，能夠在回收這個(gè)環(huán)節(jié)使它具有更大的價(jià)值體現(xiàn)，所以說梯級利用是非常值得考慮的。
但是目前梯級利用有一個(gè)什么重要問題呢？如果說很正規(guī)的去挑選、成組，其實(shí)它的成本是相當(dāng)高的，包括現(xiàn)在大家很多車輛設(shè)計(jì)的時(shí)候，都說唯恐接觸不良，都是焊接，像軟包更不用說，像18650幾乎都是焊上去得，這個(gè)時(shí)候要想把它拆下來梯級利用，可以說難度很高、成本也會很高，是很重要的問題。目前我們也看到，有些部門或者說一些企業(yè)，已經(jīng)在考慮如何為了后面方便梯級利用來進(jìn)行一些規(guī)劃和設(shè)計(jì)，比如說模塊化，我們梯級的時(shí)候只用到模塊的話，可以大幅度降低成本。梯級利用，從技術(shù)上來說不是多么高端，每一家電池廠、每一家PACK廠都可以搞得定。
這是我們做過的梯級利用的示范，把梯級利用的電池包拆開，配上一個(gè)簡易的管理系統(tǒng)，并且把它用到低速車上，原來這個(gè)低速車是用鉛酸電池的，我們做了一個(gè)表來對比，從對比情況來看，從重量、行駛里程和充放電時(shí)間都有明顯的優(yōu)勢。同時(shí)，由于是梯級利用的，如果成本控制得好，可以接近于鉛酸電池的價(jià)格。如果是這樣的狀態(tài)，我想低速車這個(gè)領(lǐng)域是很有可能進(jìn)得去的，因?yàn)榈退佘嚧蠹椰F(xiàn)在知道，90%以上用的是鉛酸電池，并不是說老百姓就認(rèn)可鉛酸電池，其實(shí)是認(rèn)可了鉛酸電池的價(jià)格，如果我們價(jià)格做的跟鉛酸電池相近、性能還有優(yōu)勢，我想這個(gè)行業(yè)應(yīng)該是進(jìn)得去的。大家也不要小瞧低速車，我記得2016年的數(shù)據(jù)，我們拿補(bǔ)貼的正規(guī)的車輛賣了50.7萬輛，低速車在不拿補(bǔ)貼甚至還有很多地方打壓的狀態(tài)下賣了100多萬輛，所以說市場是實(shí)實(shí)在在存在那里的，我們鋰離子電池能不能進(jìn)去就看我們的本事了。
另外一個(gè)很重要的應(yīng)用就是鐵塔、儲能，不展開講，行業(yè)人士都知道。其他方面，比如說家庭小儲能、電動自行車，我認(rèn)為對于梯級利用也是值得關(guān)注的一些事情。
從材料回收角度也簡要介紹一下，這是（圖）一個(gè)電池里面大致的成份，鐵鋰和三元鋰可能略不一樣，但是也差不太多。這些成份從理論上來說都希望把它回收回來，如何能做到這一點(diǎn)，并且在回收過程中盡量的減少和控制污染非常值得研究。
前面兩張PPT是介紹國外的回收技術(shù)，有一個(gè)是美國的Toxco公司的，有一定的代表性，很重要一點(diǎn)，有一個(gè)液氮冷凍，叫低溫冷凍粉碎，這個(gè)很有意思，在零下100多度的情況下，電池電解液全部凝固，也沒有安全問題，也沒有需要放電的問題，并且在這么低的溫度下粘結(jié)劑也變得很脆、也很容易分離。
低溫冷凍粉碎以后，后面用的是濕法冶金，我們搞冶金的，用酸、用堿萃取是濕法冶金，粉末的材料用酸溶解掉，然后萃取分解出鈷鹽、酸鹽等附屬物，當(dāng)然還有不容物回收回來。
這個(gè)工藝有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，剛剛說的低溫冷凍，但是它的能耗比較高，畢竟要得到液氮，再把溫度升起來，一冷一熱，需要大量的能耗。同時(shí)，它的主流工藝仍然是濕法冶金，對于磷酸鐵鋰這樣低值的材料來說，它算不過來這個(gè)經(jīng)濟(jì)賬。
這是目前國外比較主流的火法冶金，一個(gè)是美國一家公司的，一個(gè)是Inmetco，都是以這個(gè)為主要路線。很重要的特點(diǎn)是，把電經(jīng)過分類，初步拆解以后放到高溫的電弧爐里面熔煉，我們統(tǒng)一稱為高溫熔煉，冶金上我們叫火法冶金。高溫的情況下，一千幾百度的情況下，電池里所有能燃燒的東西全部燒掉，比如石墨、碳黑、隔膜電解液、膠這些全部被燒掉，在燒掉的過程中進(jìn)行適當(dāng)控制可以讓金屬氧化物還原成金屬合金，同時(shí)像銅鋁這樣活潑一些的金屬就以氧化物落渣的形式漂浮在金屬合金溶體的表面，通過這個(gè)落渣可以把它分開。火法冶金，特點(diǎn)是能耗比較高，但是有很重要的優(yōu)勢，這個(gè)工藝“胃口”很好，隨便什么電池都可以放進(jìn)去。國內(nèi)的濕法冶金工藝跟前面的比較相似，也是萃取、分離、沉淀，目前國內(nèi)主要的方式都是濕法冶金。
后面是我們的工藝，我們的工藝是以物理法為主，有幾個(gè)主要的環(huán)節(jié)，前面第一個(gè)稱為精確的拆解，接著進(jìn)行材料的修復(fù)，我們這個(gè)材料的修復(fù)跟前面濕法冶金相比，別人是把它溶解掉，我們是把這個(gè)材料重新合成，直接合成為電池能用的材料，當(dāng)然有很多細(xì)節(jié)問題，時(shí)間關(guān)系不展開討論。
這是我們的中試裝置，在中南大學(xué)有這樣的中試裝置線，歡迎同行去交流參觀。這是中試過程中得到的一些產(chǎn)品，一些電性能、霧化性能的對比研究，包括低溫性能以及倍率性能，這都是把修復(fù)的材料跟買來的調(diào)料進(jìn)行對比，它的各種優(yōu)勢，循環(huán)性能做到1700次還有88%左右的容量。同時(shí)我們也對比了很多雜質(zhì)，用物理法肯定會有少量的雜質(zhì)存在，對材料的性能我們做了很詳細(xì)的對比。
在可控的范圍內(nèi)這些雜質(zhì)其實(shí)影響不大，這是得到的材料的性能（圖），總的來說還是能夠很接近于買來的這種材料。這是這個(gè)技術(shù)的特點(diǎn)，以物理法為主，沒有污染，工藝流程比較短。我們目前正在天津建設(shè)這樣的實(shí)體工廠，這是我們測算的盈利情況，大概凈利率會達(dá)到20%以上。這是我們的團(tuán)隊(duì)和正在建設(shè)中的工廠（圖）。
謝謝大家！
（根據(jù)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
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