退役動力鋰電池高效綜合利用探索
中南大學教授、北京賽德美董事董事長兼CTO李薦先生做會議演講
為了幫助企業客觀分析2016年動力電池行業運行情況，正確把握行業發展趨勢，加大動力及儲能電池的開發應用，由中國化學與物理電源行業協會和電池中國網聯合主辦，雙登集團股份有限公司、壹能（北京）網絡科技有限公司共同承辦的“2016年第五屆中國電池市場年會暨2016年第一屆動力電池應用國際峰會、2016年第二屆中國電池行業智能制造研討會”于11月14日在北京拉開帷幕。本次年會聚集了來自政府主管部門領導、知名科研機構專家、新能源汽車動力電池產業鏈上中下游的企業家、投資機構代表以及媒體記者等500多人參會。
在本次會議上，中南大學教授、北京賽德美董事董事長兼CTO李薦先生做了題為《退役動力鋰電池高效綜合利用探索》的專題報告，以下是根據速記整理的內容，未經本人審核，僅供參考。
李薦：今天非常榮幸有這個機會跟大家交流動力電池的回收，我沒有把梯次利用放進來，因為前面已經有專家講的不錯非常好，比我們有些工作做的還到位。我這里重點把材料回收，特別是磷酸鐵鋰動力電池回收方面給大家進行一些介紹。
動力電池行業的形勢，前面這兩天以來很多專家都講的非常到位，我這里說這么兩句。在我們現在實體經濟比較悲慘的情況下，可能新能源是惟一還在以100%、200%、300%、400%這樣的速度增長的行業，我想說還有其他行業有這樣的速度，可能也是這么多資本市場追蹤的原因，因為沒有其他更好的出口，可能除了房地產、除了股票，是不是就是新能源還算看著比較養眼。
我們重要的材料來源就是我們的廢舊動力電池，很早以前的統計數據說，2020年大概會有12到17萬噸，剛剛上午前面有專家講到，20多萬噸，我們一般政府層面統計的數據都是正規企業的，還有一些不是那么正規企業的可能沒有進入這個統計，有人說甚至會到50萬噸，這個可能性到底有沒有，我們可以拭目以待，過個一年到兩年。
我們這里想羅嗦幾句，動力電池回收的必要性，前面汽研院的劉博士介紹了一點，一個是安全性的問題，動力電池大家都知道是高電壓、大電流直流電的組件，可能從車上退下來以后，雖然說車不好用了，但是電池引起安全問題的可能性還是非常大的，所以首先是電池的安全。第二個是燃燒爆炸的危險，如果動力電池的電池包老百姓把它拿回家或者一些小廠拿回去，不太正確的拆解、存放或者使用的話，燃燒爆炸的概率是比較高的。還有污染問題，一直以來大家都在宣傳鋰離子電池是綠色的沒有污染的，比鉛酸電池要好得多，其實它只是污染的形式跟鉛酸電池不一樣，鉛酸電池是鉛這樣一個重金屬的污染，現在全世界都在禁止，當然鉛還有硫酸，鉛酸電池很簡單就是鉛、硫酸、塑料殼三大類，處理工藝是很簡單的。但是對我們鋰離子電池來說情況不一樣，很復雜，比鉛酸電池復雜得多，比如有氟化物的污染，氟的污染，大家如果熟悉一些環境保護這方面的政策法規同仁們就應該知道，氟是個很受限制的污染物。還有有機溶液，大家都是搞電池的，一旦破一個電池，那個氣味相當不好聞。粉塵，像石墨碳灰，這里可能有做石墨負極的，也有到比較大的石墨企業去過的，石墨粉塵的污染。重金屬貢和鎳，可能大家也奇怪，鎳的不銹鋼到處用，那個是以金屬形態用，我們在電解液水處理情況下，可能不少會變成離子形態，這樣一個重金屬的污染。廢舊塑料，這個就不用說了。
其實更重要的一個問題，也是我希望大家來思考的，前面也有專家已經提到，資源問題，但是我這里有幾個數據引起大家充分的重視，也可能能夠回答剛才在說三元和磷酸鐵鋰到底誰最后勝出，我想從資源角度給大家幾個數據讓大家再看一看。全球的鈷產量15萬噸，而且這15萬噸里邊可以說80%是靠回收來的。我們國家的鈷95%靠進口，我們曾經的鎳都金川現在也要靠大量的進口資源才能夠維持它的生產。還有一點，我們國家的鈷已經有69%用在了電池上面，這是什么概念？鈷的一大半，我們說一個公司控股66%，它都69%了，絕對控股，是已經用在電池上，其實就是手機電池和三元，用到69%。鎳全球產量200萬噸，現在這個行業用到大約4萬噸。我們的新能源汽車，2015年38萬輛，占到整個年銷售量的1%點幾，我們2015年汽車銷售是2460萬輛，30幾萬輛才1%點幾，1%點幾的車加上手機電池，就已經用到了鈷的69%，問問大家，我們的三元還能到哪兒去。剛才劉會長提了，說到2020年做到500萬輛，現在才30幾萬輛，增加10倍，這個鈷我不知道還能怎么用，這是一個資源問題，需要業界同仁都關注的。
政策方面，其實國家這個層面是非常重視的。回收，電池的回收這樣一個機遇，這里展開兩句，我們總管新能源產業，從礦產到冶金產品、到化工產品、到電池的正/負極材料，再到汽車、再到運營、再到回收，大家考慮一下，這么長的產業鏈里誰賺錢了、誰虧錢了或者誰活的很辛苦。根據我對這個行業的了解，我覺得最值得同情的是我們做動力電池的企業，活的都挺不容易的，我自己也做電池，所以還是比較有感觸，可能2014年、2015年稍微松一口氣，就這也還不一定都盈利了。誰賺錢了呢？設備企業、原材料企業，前面的資源企業，這些是賺錢的。告訴大家，后面的回收企業應該也會賺錢，有人把最后回收，兩個方面，一個，稱為新能源的最后一公里，沒有回收的話，前面這么紅紅火火都會走不通，不能像貔貅一樣的只進不出。第二，也有人把電池回收稱為新能源這個產業鏈里頭的最后一塊肥肉，這里面可能有一些搞投融資的，大家可以關注一下。
我這里重點講電池回收的磷酸鐵鋰動力電池回收。因為磷酸鐵鋰占到我們國家的69%，動力電池里頭，就是說它的回收如果解決不了的話，其他的更不用提了，目前針對磷酸鐵鋰動力電池的回收，正規的企業還幾乎沒有，當然也有不正規的，后面我們有興趣可以再交流。這里面說說國外主要的技術，這是美國托斯寇公司的一種方式，亮點是低溫下用液鈣把電池凍得很硬，進行破碎，再分開提煉，這是它的一個工藝。但是低溫粉碎需要的能量是比較高的，另外，后面仍然是要走濕法冶金，這個工藝一個是能耗要高，第二個，做磷酸鐵鋰還是不行，不完全是技術原因，是經濟原因。
這是美國另外一家公司主要的工藝，利用了冶金上了高溫電弧爐容熔煉，這是冶金高溫反應的一個套路，在冶金上是常見的，可能各位搞電池的不一定很熟悉。這個工藝也一樣的，有它的好處，好處就是胃口好，什么電池丟進去都可以如法炮制，但是得不到一個最終純的產品，只能得到一個中間產物，比如說鐵基合金以及金屬的氧化物，還要經過近一步的冶煉。另外，有機物和石墨都是被燒掉的，也是一種浪費。這個燒可能要引起一點注意，低溫燒，就像放把火這種燒是油污染的，如果高溫燒，全部燒成二氧化碳，除了增加碳以外是不增加污染的。
這是國內主體的技術流程，總的來說是建立在傳統的濕法冶金上來作為回收的這樣一個主體工藝，濕法冶金，我自己老本行就是搞冶金的，所以我對冶金還算比較熟悉。濕法冶金它的套路就是說把一個東西，首先把它分解開，使這些東西都進入溶液，以離子狀態進入溶液，后面再去凈化、分離、提存，得到一些鹽類或者通過電擊的方法得到金屬類，這里頭是通過得到鹽類，比如說硫酸鈷、硫酸鎳、硫酸錳，有的公司做成前軀體，這是主流工藝。這個工藝目前來說是比較成熟的，但是它有一個很致命的問題，不能處理磷酸鐵鋰。磷酸鐵鋰按這個工藝來做的話，當然細節是要調整，我說的主要是濕法冶金，磷酸鐵鋰用類似的方式還是有麻煩的，比如說這個鐵，如果大家搞冶金的知道，鐵在濕法冶金里面是比較麻煩的東西，而且量這么大，而且還不值錢，特別最后濕法冶金工藝去處理磷酸鐵鋰的話不賺錢，這是一個最嚴重的問題。
綜上所述，磷酸鐵鋰這樣一個處理是目前最讓大家頭疼的，國家為什么這么倡導磷酸鐵鋰電池的梯級利用，其實除了資源角度，除了合理利用以外，其實也還隱含著一個把這個往后放幾年吧，還沒有成熟，有這樣一個含義。
這是我們這些年做的一個磷酸鐵鋰動力電池回收的一個技術，現在有一個中試的水平，這里給大家快速的分享一下。前面放電、拆解，特別是放電，之前梯級利用沒有把它放進來展開講。放電我認為還是有必要的，一個，能使材料，大家知道鋰離子充電的時候從正極出來，到了負極，放電的時候又回去，放電是讓它盡量的恢復到材料的初始水平，把鋰離子哪兒來的哪兒去，有點這層含義。不良品進行拆解，這個拆解我們這里用的是一個物理的方法，當然用了多種選礦的手段，我們現在能做到比較好的水平，能把在自動化較為高的一個程度下，能把廢舊電池的殼體，一個是電解液，一個是隔膜，還有銅粉、鋁粉、正極廢粉、負極廢粉分開。電解液我們以混合溶解的形式回收。正極材料和負極材料，我們是走了我把它稱為材料修復，就是說把這個材料重新修回成電池上能用的材料，這是我們跟已有的工藝最大的區別。已有的工藝是用冶金的方法把材料分開，而我們的是把材料重新再合成。大家可能熟悉材料的都知道，像磷酸鐵鋰，就是鐵鹽加鋰鹽加碳酸鹽等等然后混勻了反應，磷酸鐵鋰就是這樣做的。現在我們廢舊電池里面，如果前面已經拆出來廢舊的磷酸鐵鋰材料，里面的鐵、鋰、磷是不是都還在，為什么都還在，為什么不重新合成材料呢，為什么分解開呢？分解是有代價的，重新合成的話我們可以大量的縮短流程，不用酸、不用堿、不用萃取，污染會小很多，有污染要治理，治療要花錢，作為正規企業這是跑不掉的，所以我們這里是走了一個材料修復。這是我自己杜撰的名詞，把材料修復，正極、負極。當然損害的方式不一樣，修的方式也不一樣，修不到電池行業咱們還能用的這樣一種回收方式。
通過這樣的回收方式，這樣一個工藝我們把它建立一個中試線，在中南大學有一個中試線，感興趣的同仁可以去參觀。前面是主體的設備，這個設備還有一些輔助的，就能夠把動力電池分解開，得到銅粉、鋁粉、正極廢粉、負極廢粉、隔膜粉，是這么一個重試線。這是回收的部分材料，比如說廢鋁粉、廢銅粉、廢的電解液溶劑、廢的磷酸鐵鋰粉、廢石墨粉，我們拆借成這樣的材料。
我們這個工藝和已有的相比的特點，以物理法為主，不用酸、不用堿，也不用有機溶劑萃取，污染比較小，留存很短。第二，它的電解也隔膜、電極材料可以全組份的回收，現在我們已有的工藝，電解液基本上是進入水體里或者燒掉的，隔膜也是這樣的，隔膜基本上都是被燒到的。另外這個工藝最重要的特點可以經濟的回收磷酸鐵鋰動力電池，這是最重要的價值。當然用這個工藝回收三元材料也沒有問題，經濟效益也比冶金分解更好。
這是已經取得的部分專利，這是一個非常簡要的成本估算，大家如果有興趣的我們有詳細的資料再交流。這是目前跟我們緊密合作的一些合作方。這是我們參與的一些標準的制定。跟中國通信協會后面的專委會以及鐵塔公司梯次利用的產業化組里，有一個材料回收，我們作為組長單位參與。
我的演講就是這些。謝謝大家！
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