图/徐政和
2021年,全球锂离子电池市场规模达到545GWh,其中中国市场规模约324GWh,约占全球市场的59.4%。其中锂离子电池的主要应用领域之一为动力电池,2021年占锂离子电池市场份额高达71%。
徐政和指出,动力电池的使用寿命在商用车上是3年,在乘用车上是5年。2020年中国累计退役的动力电池超20万吨,市场规模达130亿元,预计2025年我国废旧动力电池回收市场规模将达到400亿元;到2030年,三元锂与磷酸铁锂电池回收规模将超1500亿元。
就锂离子电池关键材料需求与资源分布来看,徐政和表示,对主要材料需求预测显示,2021年锂0.7万吨、钴0.8万吨、镍1.9万吨、锰1.1万吨,到2025年分别增长至2.5万吨、2.8万吨、7.1万吨和4.1万吨。
而目前中国锂电池关键材料占全球储量分别为:锂7.1%、钴1.1%、镍3.0%、锰4.2%、石墨22.8%,对外依存度超过70%。
徐政和认为,从资源角度看,为了保证资源安全,电池回收势在必行;从环境角度看,为了避免环境污染问题,电池回收同样是势在必行。
退役动力电池回收过程包括放电、拆解、破碎、分选、有价值金属回收,最后才是材料再生。其中放电、拆解、破碎、分选统称为废旧锂离子电池的预处理过程,徐政和指出,这是电池回收过程中极为关键的一环。
对应具体的环节,徐政和认为现有退役动力电池回收存在五大难题与挑战:
1、安全、高效、可控的规模化放电技术;
2、适用多种电池的高效智能拆解;
3、退役电池高效安全破碎;
4、低成本物料宏量高效分选;
5、低成本、绿色高效活性材料再生。
针对其中的破碎、筛分和有价值金属回收环节,徐政和提出了“可控闪碎技术”、“正负极粉末分离”和“微波低温烧焙”。
徐政和表示,可控闪碎工艺较传统破碎工艺大大简化流程,无需放电环节,无需多级粉碎,破碎产物分散性好,有利于后续分离和电解液集中处理,同时可充分利用电池残余能量,对电池种类、尺寸适用性广。
正负极粉末分离是利用微波快速加热和选择性加热的优势,对电池黑粉进行微波热处理,快速脱除电极材料表面的粘结剂层。在相同条件下,传统加热相较微波加热,正极活性材料的回收率可由62.05%上升到97.31%;尾矿中的正极活性材料的品位则由73.19%上升到93.62%。
微波低温焙烧是通过微波低温硫酸氢铵焙烧,把正极材料的钴酸锂转化成可溶性的硫酸钴和硫酸锂盐,通过水浸回收金属钴和锂,可以实现90%以上的金属钴和锂的回收率。
对比常规焙烧,同在400℃的条件下,微波低温焙烧可提高钴和锂20%左右的回收率,并且此方法针对三元正极废料同样具有优势。
徐政和简介
徐政和,中国工程院外籍院士、加拿大皇家科学院院士、加拿大工程院院士。国际上从事物质分离科学研究和技术开发的知名学者,尤其在相关表面和界面化学领域造诣极深。
目前担任全球工学院院长协会理事会常务理事,曾任国际矿物加工学会理事会理事、加拿大矿冶与材料学会主席、加拿大矿物工程首席教授、加拿大国家科学与工程研究委员会油砂工程首席教、加拿大NSERC/EPCOR/AERI先进煤洁净及燃烧技术首席教授等。
曾获多项享誉盛名的学术奖项,如加拿大矿冶与材料学会Airey奖、加拿大阿尔伯塔省科学与工程卓越成就奖、加拿大矿冶与材料学会卓越研究成果奖等。
原标题:中国工程院院士谈废旧锂电池回收方向:可控闪碎技术!