中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：鋰離子電池的應(yīng)用和發(fā)展

如今，鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用在從便攜式電子產(chǎn)品到電動(dòng)汽車等各種設(shè)備和場(chǎng)合中。而越來(lái)越多的能源廠商也將鋰離子電池應(yīng)用于儲(chǔ)能系統(tǒng)，通常將其與可再生能源發(fā)電設(shè)施配套部署。根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)公司的最新預(yù)測(cè)，隨著鋰離子電池價(jià)格的持續(xù)下降，以及可再生能源發(fā)電量的日益增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2040年全球部署的儲(chǔ)能系統(tǒng)的累計(jì)容量將到2,857GWh。

調(diào)研機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)描繪了一個(gè)令人鼓舞的前景：隨著全球可再生能源和清潔能源采用量的迅速增長(zhǎng)，基于鋰離子電池的儲(chǔ)能應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在電動(dòng)汽車以及電網(wǎng)規(guī)模的儲(chǔ)能應(yīng)用的推動(dòng)下，鋰離子電池的銷售量將會(huì)激增（如圖1所示）。圖2中的圖表描述了預(yù)計(jì)到2025年鋰離子電池的銷售量（以噸為單位）。鋰離子電池?cái)?shù)量的大量增長(zhǎng)促使行業(yè)廠商致力于尋求一種具有商業(yè)規(guī)模并且經(jīng)濟(jì)可行的回收解決方案，用于大規(guī)模處理和回收廢棄的鋰離子電池，以下將探討鋰離子電池回收行業(yè)當(dāng)前面臨的一些挑戰(zhàn)，以及克服障礙的方法和機(jī)會(huì)。

圖1. 2018年至2040年全球累計(jì)部署的鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)容量（單位：GW）

圖2. 2008年至2025年全球鋰離子電池銷售量（單位：噸）

鋰離子回收行業(yè)的挑戰(zhàn)

1、回收與采購(gòu)

資源的回收和處理通常面臨一系列獨(dú)特的挑戰(zhàn)，需要適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展。這些資源通常是廣泛分布的，因此難以為其處理和回收工廠收集大量原料。相比之下，盡管鉛酸電池回收等一些行業(yè)的收集和回收供應(yīng)鏈已經(jīng)構(gòu)建并日益成熟，但鋰離子電池回收供應(yīng)鏈仍在不斷變化和發(fā)展中?；厥照咴诨厥諘r(shí)可以將鋰離子電池以便攜式、小尺寸和大尺寸進(jìn)行分類，分別對(duì)應(yīng)于鋰離子電池的電壓（低壓、中壓、高壓）。每種類型的鋰離子電池都有不同的利益相關(guān)者群體——例如，制造商、經(jīng)銷商、電子產(chǎn)品回收商以及車輛回收商。在儲(chǔ)能領(lǐng)域也存在一些利益相關(guān)者群體——電池提供商、儲(chǔ)能集成商、儲(chǔ)能項(xiàng)目開(kāi)發(fā)商和儲(chǔ)能資產(chǎn)所有者。通過(guò)廣泛的利益相關(guān)者管理鋰離子電池的固有異質(zhì)性，這是鋰離子資源回收行業(yè)廠商面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)。

2、運(yùn)輸與法規(guī)

鋰離子電池由于具有化學(xué)和電氣雙重風(fēng)險(xiǎn)，目前被歸類為第9類危險(xiǎn)品。鋰離子電池具有熱失控的缺點(diǎn)，通常是由于內(nèi)部短路而導(dǎo)致起火或爆炸。有許多因素可能導(dǎo)致鋰離子電池?zé)崾Э?，其中包括過(guò)度充電、環(huán)境條件惡劣（例如極端外部溫度）和制造缺陷等。在熱失控發(fā)生時(shí)，鋰離子電池通常會(huì)在幾秒鐘內(nèi)從室溫提高到700℃以上。作為復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)的一部分，鋰離子電池中的電解質(zhì)溶劑（通常為碳酸烷基酯）是電池燃燒的主要燃料。

當(dāng)處理嚴(yán)重?fù)p壞或有缺陷的鋰離子電池時(shí)，必須格外小心，因?yàn)檫@樣會(huì)增加熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。通常采和專用容器（例如，Genius Technology公司用于中壓至高壓鋰離子電池的LionGuard容器）與不易燃的包裝材料配合使用，以安全地運(yùn)輸這些電池。隨著鋰離子電池總體數(shù)量的增加，在各種應(yīng)用中損壞或具有缺陷的鋰離子電池的數(shù)量也隨之增加。如今，鋰離子電池資源回收行業(yè)日趨成熟，但世界各國(guó)的相關(guān)法規(guī)差異很大。隨著新行業(yè)和研究報(bào)告的發(fā)布，這些法規(guī)每年也可能發(fā)生重大變化。因此，在廠商開(kāi)發(fā)和回收鋰離子電池的過(guò)程中，需要密切跟蹤相關(guān)法規(guī)（包括物流）方面的變化。

3、安全與儲(chǔ)存

運(yùn)輸和法規(guī)變更的挑戰(zhàn)通常圍繞一個(gè)關(guān)鍵因素：安全。對(duì)于處理、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、加工鋰離子電池的廠商來(lái)說(shuō)，安全性至關(guān)重要。因?yàn)殇囯x子電池存在熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，這對(duì)鋰離子電池的處理和運(yùn)輸提出了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。具體而言，最安全的方法是在現(xiàn)場(chǎng)使用盡可能少的鋰離子電池，以減輕發(fā)生熱失控事件的風(fēng)險(xiǎn)。但是，這與確保大量廢棄鋰離子電池用于加工和處理目的的要求相矛盾。當(dāng)前廢棄鋰離子電池（便攜式/小型電池）通常來(lái)自手機(jī)、筆記本電腦和其他消費(fèi)類產(chǎn)品），這使其安全存儲(chǔ)的發(fā)展更加復(fù)雜。廢棄的便攜式鋰離子電池通常與其他類型的電池混雜在一起。在初步檢查時(shí)，工作人員對(duì)于收集的電池狀態(tài)（是否完好無(wú)損）并不了解，通常只有在分類或處理時(shí)才會(huì)了解。而對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)中的鋰離子電池，必須嚴(yán)格實(shí)施有關(guān)托盤/機(jī)架間距，儲(chǔ)存密度以及在存儲(chǔ)空間采用滅火系統(tǒng)等協(xié)議，以減輕與鋰離子電池?zé)崾Э睾椭鹩嘘P(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。

廢棄的鋰離子電池回收和處理面臨的挑戰(zhàn)

從電池回收工藝的角度來(lái)看，由于鋰離子電池原料的高度異質(zhì)性，與傳統(tǒng)的金屬資源回收相比，鋰離子電池的回收面臨獨(dú)特的挑戰(zhàn)。目前，市場(chǎng)上的鋰離子電池至少存在14種不同類型的陰極材料，當(dāng)考慮特定成分時(shí)，每種陰極材料都有所不同。對(duì)于傳統(tǒng)的金屬資源，采用主要回收措施可能回收1到4種金屬元素（例如銅、金、銀和鉑等）。但是，鋰離子電池可能需要考慮回收利用20多種元素，如圖3中的元素組成。另外，這些金屬元素通常與無(wú)機(jī)材料、有機(jī)材料和塑料混雜在一起，這進(jìn)一步使鋰離子電池的回收過(guò)程復(fù)雜化。為了能夠分離出有價(jià)值的成分，通常需要具有許多單獨(dú)單元操作的復(fù)雜工藝流程圖。在這種情況下，電池回收工藝流程進(jìn)行的物理測(cè)試工作是非常關(guān)鍵的，并需要通過(guò)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)來(lái)驅(qū)動(dòng)。

例如，Li-Cycle公司就是一家專注于鋰離子電池資源回收技術(shù)的公司。自2016年合并以來(lái)，Li-Cycle公司開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的回收工藝，該工藝采用機(jī)械預(yù)處理和濕法冶金方法可以回收鋰離子電池材料的80%～100％。該公司采用這一先進(jìn)的資源回收流程，致力于從各個(gè)供應(yīng)鏈參與者那里采購(gòu)廢棄的電池，并對(duì)安全性進(jìn)行優(yōu)先排序，這成為了Li-Cycle公司實(shí)現(xiàn)其鋰離子電池回收技術(shù)全球商業(yè)化目標(biāo)的基本要素。

機(jī)遇與未來(lái)展望

在未來(lái)的二十年中，用于儲(chǔ)能系統(tǒng)和其他應(yīng)用的鋰離子電池的全球數(shù)量將穩(wěn)步增長(zhǎng)，這凸顯了未來(lái)這些電池都必須有可持續(xù)的回收途徑。電池回收廠商的使命是利用其創(chuàng)新解決方案來(lái)應(yīng)對(duì)新興的挑戰(zhàn)，因此需要改進(jìn)的技術(shù)和創(chuàng)新的供應(yīng)鏈，以更好地回收這些電池，并滿足對(duì)關(guān)鍵且稀缺的電池材料迅速增長(zhǎng)的需求。鋰離子電池成為了碳基經(jīng)濟(jì)向可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，可擴(kuò)展性、低成本、安全性和環(huán)境可持續(xù)性是鋰離子電池回收技術(shù)的核心原則，并將大量減少溫室氣體排放。

為了確保產(chǎn)生積極影響，必須構(gòu)建一個(gè)完善的回收體系大規(guī)模地安全處理和回收廢棄的鋰離子電池，并將回收的電池材料重新整合到鋰離子電池供應(yīng)鏈中，促進(jìn)更廣泛的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)防止對(duì)環(huán)境和安全產(chǎn)生負(fù)面影響。(來(lái)源：中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)）