废旧电池由于具有直接或潜在的环境危害，其回收问题历来牵动着社会各界的神经。未来几年，我国首批锂电池电动车即将进入报废期，由此产生的大批量废旧锂电池将何去何从？高新技术在电池的回收处理中扮演着什么样的角色？社会各方如何通力合作，打赢这场战役？近日，北京理工大学材料学院失效材料/涉重危废资源化技术研究室主任辛宝平就我国废弃锂电池的处理现状、政策历程、新型回收技术等问题接受了本刊记者的采访。
北京理工大学材料学院失效材料/涉重危废资源化技术研究室主任辛宝平
【CCN】锂电池废物对环境的危害有哪些？锂电池废物的回收价值如何？
【辛宝平】锂离子电池虽被称为“绿色电池”，不含有汞、铅等有害元素，但随意丢弃仍会对环境造成很大的污染。废旧锂电池存在的隔膜材料和镍、钴、锰等有毒重金属会对受纳环境产生危害。此外，锂电池的电解液具有挥发性，有的含有氟或酸，具有一定腐蚀性，但和重金属相比环境危害不大。
废旧锂电池的石墨类负极材料通常价格低廉且没有毒性，回收价值不高；液态有机电解质作为结构和功能已发生不可逆退化的混合物，基本丧失回收价值；锂电池的隔膜在老化后，其电化学稳定性下降、放电容量降低、电池安全风险显著增加，也失去了回收价值。而锂电池正极材料含有多种高浓度有价金属（如钴、镍、锂和锰），单一金属含量在1%~15%，金属总量占电池总重的25%~35%，有着很高的循环再生和回收利用价值，尤其是钴、镍和锂。据估算，1吨废旧锂电池的有价金属直接回收价值甚至超过10万元。
大容量动力锂电池的正极材料主要包括磷酸铁锂（LiFePO4）、锰酸锂（LiMnO2）和三元材料（LiNixCoyMn1-x-yO2）。电动汽车的快速发展引发了对动力锂电池的爆炸式需求，导致原材料金属价格持续走高。未来动力锂电池的原材料金属需求必将进一步加剧，尤其是锂、钴、镍。锂电池中锂、钴、镍的质量分数分别为2%~7%、5%~15%、0.5%~2%，此外还有铝、铜、铁等金属元素。因此，从废旧锂电中回收有价金属是应对锂电池生产原材料金属短缺、推动锂电池行业持续健康发展的根本途径。
【CCN】当前，我国对废旧车用锂电池的处理处置、回收工艺技术有哪几种？
【辛宝平】动力锂电池被更换时，通常还具有70%左右的储电能力，可以进行梯次利用，如用于光伏发电、储能、家庭用电、低速电动汽车等。在梯次利用结束后，将其拆解，进行资源再生。目前，国内外对锂电池有价金属分离和回收的常规工艺包括火法冶炼和湿法冶金。
火法冶炼是利用特定元素高温熔融、低温凝结的特点，从固相材料中提取金属或其化合物。该法流程短、易操作、处理量大，但污染严重、能耗极大。
湿法冶金通常在常温常压或高温高压条件下，利用硫酸、硝酸、盐酸等强酸的酸溶作用，辅以过氧化氢等的氧化还原作用，浸出有价金属离子；再借助分级沉淀、选择性吸附或特异性萃取分离提纯金属离子；进而通过电解还原制取高纯单质态金属。湿法冶金选择性强、回收效率高、环境污染小、易于量产和自动化，因此成为锂电池有价金属回收的主流工艺。但这种以高浓度强酸为工作介质的工艺在快速溶出目标金属离子的同时，也不可避免地溶释了非目标金属离子和非金属离子，不但大幅增加了强酸和其他化学药剂的消耗，更给后续有价金属的分离提纯带来了困难；而且大规模的强酸湿法浸提对设备材质和酸雾控制也有很高的要求，操作条件苛刻，安全风险高。
【CCN】未来几年，首批锂电池电动车即将进入报废期，据您估算，我国锂电池回收的规模约有多大？处理能力是否能满足需求？处理回收的难点在哪里？
【辛宝平】从发展历程看，Whittingham利用Li-TiS体系制成首个锂电池，到1990年实现商业化，锂电池技术发展至今已有40余年的历史，取得了很大的进步。同时，锂电池的广泛应用使得废旧电池的数量越来越多。预计在2020年前后，我国废旧动力锂电池的报废量在20万吨左右，2035年将达到35万吨左右，顶峰时（2040年左右）将达到100万吨左右。
废旧锂电池回收体系目前正在建立当中，政策还没有完全明确，回收渠道正在建设，回收技术还缺乏统一的标准。国内很多民企想要投资做废旧锂电池回收工作，技术难度并不很大，传统的湿法冶金工艺即可满足要求。废旧锂电池处理、回收工作的难点在于：第一，由于废旧锂电池的价值所在，若监管不周，容易使其流入一些没有处理资质的公司或个人，采用粗放型的低级回收工艺，造成很大的环境污染。为此，要增强监管，保证废旧锂电池进入正规的处置企业。第二，由于废旧锂电池组分复杂，且具有一定的危险性，智能化的拆解显得十分重要，需要开发一些高级、智能化、精细化的拆解设备。第三，湿法处理所用的强酸和化学药剂属于危险化学品，回收过程也存在一定环境风险和污染。强酸和过氧化氢等危险化学品的运输、储存和使用在不少地方受到控制和限制，致使湿法冶炼工艺建设和推广受到制约。因此，研发经济、高效、安全、绿色、广谱的有价金属浸提和富集新技术/新工艺对于废旧锂电池的资源化处理具有重要意义。
【CCN】您能否对国内对废旧锂电池处理、回收的政策历程做一下介绍？
【辛宝平】2003年，当时的环保总局发布了我国第一部废电池污染防治专门政策《废电池污染防治技术政策》。时隔13年，国家发改委于2016年2月发布了《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策》，对国内动力蓄电池的回收做了总体规划，对动力锂电池的阶梯利用、再生利用和资源利用进行了界定。2018年，工信部等七部委连续出台两个文件：2月份发布《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》，要求汽车生产企业建立动力蓄电池回收渠道，负责回收新能源汽车使用及报废后产生的动力蓄电池；7月3日，发布《新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》，要求对动力蓄电池的生产、销售、使用、报废、回收利用的全过程进行信息采集，对各环节主体履行回收利用责任情况实施监测，建立溯源管理平台。
【CCN】能否介绍一下生物沥浸技术处理废旧锂电池的发展历程？与其他技术相比，该技术的优势体现在哪里？
【辛宝平】生物沥浸技术指通过特定微生物的直接（接触）作用或其代谢活性产物的间接（非接触）作用，将固相材料中的目标金属浸出的过程。该技术在常温常压的温和工况下即可实现对目标金属的浸提溶释，具有经济、绿色、节能、安全、环境友好的特点。
从20世纪60年代以来，美国、加拿大、澳大利亚、智利、南非、印度等许多国家深入开展了低品/难浸矿石的生物沥浸技术和工艺研究。在王淀佐、邱冠周院士带领下，我国一些科研院所（如中南大学、东北大学、北京有色金属研究总院、中国科学院过程工程研究所等）在硫化矿生物冶金界面过程、电化学机理、微生物分子调控以及高温生物冶金等诸多方面取得重大突破，提升了我国在生物沥浸领域的国际影响力。近年来，越来越多的研究者尝试将生物沥浸技术用于各类涉重危废中有价金属的浸提回收，尤其是回收价值更高的废旧锂电池等。北京理工大学失效材料/涉重危废资源化技术研究室在前人研究的基础上，开发了专用膜生物反应器，通过高效循环富集的方式，让生物沥液多批次循环沥浸固体废物和危险固废，达到了快速浸提和低成本富集重金属的效果，为后续的萃取分离创造了有利条件。
虽然生物沥浸技术具有不少优点，但也存在抗逆差、速率低、周期长等问题。将酸浸法与生物沥浸技术相结合，为废旧锂电池的有价金属回收和环境污染控制提供了优选方案。即先借助强酸湿法冶金选择性溶出85%~95%的有价金属，以减低杂质金属和非金属的溶出；再利用生物沥浸技术固有的选择性和循环富集性能较为彻底地溶释富集剩余金属。这一套组合拳工艺使得有价金属回收更彻底，干扰金属浸出较少；同时可确保浸提残渣达到一般固废的标准要求，减轻企业危废处置的压力。
【CCN】微生物在处理废旧锂电池方面还有哪些潜力待挖掘？
【辛宝平】废旧锂电池是高碱性的氧化物或氢氧化物，与碱性矿具有相似的化学组成和结构。有价金属的生物沥浸过程大量消耗H+，导致沥液pH居高不下，危及嗜酸自养菌株的生长和活性。更为严重的是，锂离子电池含有六氟磷酸锂，对沥浸菌株也具有较高的毒性作用；随着金属的溶释，这些高毒物质也进入沥浸液中，危及工作菌株生长，最终导致沥浸过程停止。由于以上诸多不利因素的存在，废旧锂电池生物沥浸的固液比往往只有1.0%（w/v）甚至更低。与硫化矿生物冶金5%~10%的高固液比相比，提升废旧锂电池生物沥浸技术的处理能力、降低处理成本、缩短处理时间是该技术实际应用时的主要发掘点。
【CCN】为合理处理废旧锂电池，您建议政府、企业、高校和科研院所各应在哪些方面着力？
【辛宝平】政府应制定鼓励性经济政策，加快符合环境保护要求的废旧锂电池分类收集、贮存、资源再生及处理处置体系和设施建设，推动废旧锂电池污染防治工作；牵头建立或指导各省、市、自治区相关部门建立废旧锂电池回收处理专项基金；鼓励产学研结合，建立产学研平台，建立示范工程，引入第三方机构对技术的可靠性、安全性、经济性进行测试，遴选出优秀技术，并加以推广。
高校要加强培养学生的可持续发展理念，使学生具备环境法规、环境政策和环境标准的基础知识，具有资源再生及涉重危废处理与处置方面的理论知识，掌握资源再生、涉重危废处理与处置的原理和方法，及工程科研规划设计的专业知识，以及环境工程方面的新理论、新工艺和新设备的研究和开发能力。
高校和科研院所应研发更高效、更绿色、更环保的锂电池，使得电池废弃后能够通过简单的拆卸变为原材料或附加配件；尝试以绿色材料替代锂电池中的高毒性材料，减少环境污染；开发更高效、更绿色的处理回收技术，和高效、智能化、精细化的拆解设备。
