随着最早一批电动汽车的锂离子电池相继进入报废期，退役的锂离子电池如何回收并实现高值化利用成为各界关注的焦点，虽然我国早在十几年前就已经开始了相关研究，但目前仍处于起步阶段。国内锂离子电池回收利用取得了哪些成绩？面临着哪些问题？未来行业发展的重点是什么？近日，北京理工大学教授李丽接受了本刊记者的专访。
车用锂电池回收意义重大
【CCN】近日，国际能源署（IEA）日前发布的《全球电动汽车展望2020》报告显示，2019年全球电动汽车销售量突破210万辆，保有量达720万辆。通常情况下，车用锂离子电池的寿命是几年？最早一批电动汽车的锂离子电池是否已进入集中报废期？需要回收的车用锂电池市场规模大约在多少？
【李丽】在锂离子电池充放电过程中，电极与电解质固液两相界面SEI膜的过度生长会导致电极体积膨胀、活性物质层结构阻塞以及锂离子持续损失，导致锂离子电池电化学性能衰减，最终失效报废。目前这种现象无法避免，导致锂离子电池平均循环寿命约5~8年，这意味着最早一批电动汽车的锂离子电池（2011—2013年的新能源车负载的动力源）已经到了续航严重衰减阶段，逐步进入集中报废期。
2020年初，国际市场研究机构Research and Markets发布的研究报告显示，2019年全球锂离子电池回收市场规模约为15亿美元，预计到2025年将增至122亿美元；到2030年，全球锂离子电池回收市场规模将稳增至181亿美元，2025—2030年复合年增长率为8.2%。
中国是全球电动汽车及大规模储能用锂离子电池回收的最大市场之一。根据前瞻产业研究院发布的《中国动力电池PACK行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》，自2018年起，我国新能源汽车动力锂离子电池开始陆续进入大规模退役阶段，退役动力电池规模约11.99 GWh，其中三元电池8.85 GWh，磷酸铁锂电池3.14 GWh。2020年，动力锂离子电池回收量预计达到25.57 GWh；至2022年，回收量将接近45.80 GWh，2018—2022年年均复合增长率预计在59.10%以上。到2025年，全国动力锂离子电池年报废量将达到5.0×105吨的规模。
【CCN】车用锂电池回收利用的环境效益和经济效益分别体现在哪些方面？
【李丽】锂离子电池中各种重金属化合物、有机物及其他对环境有害的污染物是其退役后所面临的系列环境问题，将严重威胁生态环境和人类健康，影响社会可持续发展。对企业来讲，车用锂电池回收蕴藏着巨大商机，经过回收处理可获取部分生产动力电池所需的有价金属，这将为电池生产商节约原材料成本。在市场竞争日趋激烈的环境下，动力电池回收与资源化处理可以更大程度地满足客户的需求，从而树立良好的企业形象。对社会来讲，动力电池的回收能够响应保护环境、降低资源消耗的可持续发展策略，具有重要的社会价值。车用锂电池回收利用顺应了国家政策导向，促进低碳经济和环境友好型社会的可持续发展。
据Richa（2016）报告，车用锂电池总废物流中金属的平均质量百分比为4.0％钴、2.4％镍、8.8％锰、1.4％锂、4.3％铝、5.7％铜、3.3％铁和22.4％钢。正极材料中金属化学成分及含量是决定锂离子电池回收利用的盈利能力的主要因素。
从经济效益驱动角度考虑，需求的持续快速增长导致锂电池原料钴供需格局转为短缺，钴价将高位运行并具备进一步上行空间。因此，动力电池回收是有利可图的，至少是收支平衡，但对环境保护的意义不容忽视。然而，动力电池在中国正式大规模投入商业使用后尚未进入大规模报废阶段，许多电池回收企业无法实现电池拆解与回收产线满负荷运转。未来随着退役锂离子电池回收处理规模和处理效率的提高，分配给单只电池的运行成本将会降低，从而有利于退役车用锂离子电池回收利润空间的进一步提升。
回收利用产业在我国尚处于起步阶段
【CCN】我国车用锂离子电池回收利用现在处于什么阶段？还存在哪些问题？国家是否有专门针对该领域的相关政策？
【李丽】近年来，我国相继开展动力电池梯次利用及回收再利用相关的理论研究和示范工程，完成了多个梯次利用电池储能系统的工程示范。但我国动力电池回收产业发展仍处于起步阶段，目前我国动力电池回收利用的支撑体系尚待健全，回收利用市场模式仍在摸索中，政策规划体系尚未真正运作，致使回收利用的利益无法共享。
中国在新能源汽车产业形成初期，就已认识到动力电池报废的相关问题，不断出台动力电池回收政策，完善回收体系建设。随着动力电池报废高峰期的来临，近期政策更是接连出台，表明了国家对于动力电池回收问题的高度重视，也为我国动力电池行业长期稳定的发展提供了政策支持。自2009年以来，针对汽车动力蓄电池回收利用，我国各相关部委陆续出台多项相关政策，政策演变主要分为三个阶段：第一个阶段是2009—2016年，动力蓄电池回收利用仅作为推广应用NEV政策文件的部分条款出现；第二个阶段是2016—2018年的专题政策阶段，国家发改委、工信部和环保部等相关部门相继出台专门的动力蓄电池回收利用相关政策；第三个阶段自2018年开始，相关政策法规进一步完善，我国各地方政府全面加快落实动力蓄电池回收利用试点实施方案。
虽然国家相继颁布了多项政策，鼓励电池回收再利用，但实施的标准不够具体、细致，难以落实到实际操作上，且有关政策缺乏强制性，相关责任主体不能贯彻执行。
例如，当前废旧动力电池回收利用市场相关数据统计制度仍有待建全，动力电池年退役量及实际回收数据统计尚不完整，难以掌握退役电池流向，这使得行业监管十分困难。在此背景下，退役锂离子电池梯次利用和拆解回收，如果没有健全的追溯体系和监督机制约束，很难保证政策得到有效落实。
此外，动力电池再利用企业的回收规模小，回收电池多样化，暂时很难实现规模经济效益。各环节出现的小问题累加起来造成了现如今动力电池回收利用市场模式的混乱。总体而言，我国新能源汽车及动力电池在回收、运输、拆解、梯次利用等方面尚不成熟，需要继续实践推进和修正完善。
回收技术注重绿色高效
【CCN】目前，国内外针对锂电池材料正负极以及电解质的回收技术大致分为哪几类？不同回收技术的有哪些新研究进展及趋势？
【李丽】退役锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液及外壳等部分组成，其中富含有价金属的正极材料是当前锂离子电池回收处理技术研究的热点之一。为了实现退役锂离子电池回收过程全组分、高值化、无污染等闭环回收策略，国内外研究人员逐渐将回收目光投至负极材料和电解质等组分回收技术的基础和应用研究。
目前，退役锂离子电池正极材料的回收处理技术可分为三大类：通用回收技术、可降解有机酸绿色回收技术和高效复合联用技术。锂离子电池正极材料的通用回收处理技术研究，大多是将其置于不同的环境介质中，利用高温裂解、高温还原或低温化学溶解、选择性萃取及化学沉淀等方式将正极材料中的有价金属以氧化物、可溶盐、合金等产物的形式回收利用。湿法冶金回收技术是目前工业化领域应用最广泛的回收技术。高效复合联用技术，即在传统废旧电池回收技术基础上，结合多种回收方法的优点而衍生出的新型回收技术。传统湿法和火法冶金回收技术，由于存在环境污染、能耗高等问题，已经逐渐与现有技术需求脱节，为了提高回收利用效率、缩短反应处理流程、降低能源消耗，研究人员对退役锂离子电池中有价金属的再利用进行了深入研究，在传统回收方法的基础上，发展了熔盐焙烧法、湿火法冶金复合技术、机械化学法等多种回收技术。
对于负极材料的处理主要可归类为负极活性材料回收和负极材料资源化再利用技术。目前，研究人员研发了高温焙烧法、物理擦洗法和稀酸浸出—搅拌擦洗法等方法的深度净化技术，以及湿法浸出选择性提锂技术。废旧电池中的多孔碳负极材料，碳含量较高、成分较纯，其较大的比表面积和优良的结构等为石墨材料在众多领域中的重新应用提供了良好的条件。其既可应用于锂离子电池负极、电容器材料、空气电极等；又可以应用到环境污染治理领域，作为水污染处理的新型吸附剂材料；同时其本身可通过进一步加工改性提纯，制备成为具有广泛应用的石墨粉及新型材料石墨烯等。
针对退役锂离子电池电解液的回收方法主要有真空蒸馏法、碱液吸收法、物理法和萃取法。从锂离子电池电解液的未来发展来看，电解液的回收已经不能单单局限于单纯碳酸酯溶剂和LiPF6的回收。各类混合溶剂和新型溶剂的使用，使电解液溶剂更复杂，各组分物化性质差异更显著，通过一些常规方法或许已经很难满足需要。此外，混合锂盐的使用同样使回收锂盐变得更加困难。现阶段废旧锂电池电解液回收方法较少，回收利用率较低，难以大型工业化，且容易造成二次污染。
未来的锂离子电池回收的研发方向，将朝着探索新的回收技术、提高回收率、形成退役锂离子电池一体化整体回收的方向发展。
【CCN】国内工业化的主流锂电池回收技术有哪些？哪些公司在锂电池回收领域处于领先水平？
【李丽】如前所述，目前国内工业化的主流工艺路线为湿法处理路线。目前电池回收领域主流参与企业包括以宁德时代为代表的自建回收体系电池生产厂商、以格林美为代表的第三方专业回收拆解利用企业、以及以赣锋锂业为代表的锂电池上游原料提供商。随着新能源汽车产业链的持续扩张，相关企业在切入动力电池回收利用领域的同时，也在积极布局电池材料生产领域。在拆解方面，湖北格林美、湖南邦普等开发了自动化拆解成套工艺，北京赛德美开发了电解液和隔膜拆解回收工艺，再生利用技术以湿法冶金及物理修复法为主。湿法冶金方面，湖南邦普开发了“定向循环和逆向产品定位”工艺，湖北格林美开发了“液相合成和高温合成”工艺。物理修复方面，赛德美对电池单体进行自动化拆解、粉碎及分选，再通过材料修复工艺得到正负极材料。
【CCN】近几年来，您的团队针对该领域做了大量的研究，有哪些最新研究方向和研究成果？
【李丽】传统的无机酸浸出过程虽然有价金属离子浸出率高，但在浸出过程中会产生大量的有害气体和废水。本团队在国内外最早提出了以天然可降解有机酸替代无机强酸浸出体系，研发成功一种绿色回收与再生电池材料的新技术，并获得多项国家发明专利授权。根据不同有机酸体系的物理化学性质，成功开发出第一代具有螯合功能有机酸体系——柠檬酸、苹果酸、琥珀酸、天冬氨酸等，第二代具有还原功能有机酸体系——抗坏血酸、乳酸等，以及第三代具有沉淀功能的有机酸体系——草酸、马来酸等。
有机酸浸出体系不仅在浸出效率上可与无机酸相媲美，更具有天然易生物降解的优点，且有机酸通常具有螯合性或络合性，为后续电极材料资源化再生提供了适宜的制备条件，使退役锂离子电池从退役—回收—再利用闭环体系在电池整个全生命周期范围内更加环保。
为提高回收效率、降低回收成本，本课题组相继研发了超声波辅助浸出法、机械化学浸出法等回收技术辅助有机酸绿色高效回收处理，使得有机酸工业化绿色回收处理更近一步。此外，本课题组开发了熔盐焙烧高效复合联用技术，首次采用氯化铵为焙烧添加剂，在较低温度下实现正极材料的回收。与中科院过程所孙峙研究员、曹宏斌研究员合作，基于硫元素相间转移原理，研发出一种硫酸化焙烧-选择性浸出联用技术，可实现锂离子电池关键材料的短程高效回收。
道阻且长，行则将至
【CCN】对于锂电池材料回收利用行业来说，未来发展有哪些机遇？阻力从何而来？行业如何才能实现健康可持续发展？
【李丽】针对退役锂离子电池回收与资源化实施策略，国家各部委建议要遵循“物尽其用”的原则，先进行梯级利用，再进行回收资源综合利用。我国目前是全球最大的锂离子电池消费市场，如此大规模锂离子电池集中退役后的回收处置和梯次利用任务艰巨，无论从经济、资源安全，还是环保的角度，都有一定的必要性和紧迫性。
伴随新能源电动车产业不断发展壮大，退役锂离子动力电池规模攀升，如何做好梯次利用将是今后发展重点方向之一。我国锂离子电池回收利用产业尚未真正成型，提前制定法律法规、构建回收利用网络、研发先进技术、完善配套体系等重要举措，不同责任主体需要“协同作战”，共同推动我国锂离子电池回收利用产业朝着流程化、专业化、规模化的趋势健康稳定可持续发展。
在目前电池回收模式尚不明确的背景下，需要建立与电池回收相关的政策法规、技术攻关、市场体系和环保意识等完整环节，以共同推动回收模式的构建。动力电池的回收之路道阻且长，在行业发展的过程中总会遇到不同的困扰和挑战，但我们坚信行则将至。随着回收技术的不断突破、回收体系的逐渐完善、回收规模的日益扩大，相信这些问题和挑战也将不再是动力电池回收业前行的阻碍。
为实现上述目标，建议从以下几方面作文章：
一是鼓励发展简单高效的多组分回收利用工艺，尽量克服各种技术手段的弊端；二是从经济成本角度核算，应降低回收成本并提高产品附加值，以确保锂离子电池回收利用企业的经济效益；三是从环境和安全角度，应选择环境友好电极材料、粘结剂、隔膜以及电解质体系以降低环境负担；四是完善电池回收数据追踪数据平台，为政策制定和生产发展提供技术支撑。