中南大学教授突破电池回收：1公斤利润10元，铁和磷也能再利用
2022-11-24 14:46北京富华创新科技发展有限责任公司官方帐号
来源：超电实验室
作者： 王磊
被吐槽不赚钱的电池回收行业，要迎来一次突破了。
最近中南大学教授开发出一种高效且绿色的高温处理方案，来回收废旧磷酸铁锂电池（LFP），这种方式不仅可以提高锂元素的回收，还能回收铁和磷。
和传统工艺相比，全新的回收方式可以实现1公斤废旧LFP电池达到1.44美元（约人民币10元）的利润。
近两年来，新能源车的爆发也催生出一个全新的蓝海生意——电池回收。根据规定，动力电池容量衰减至额定容量的80％以下，就面临退役，随后强制回收。机构保守预计，2030年动力电池回收市场有望超过1000亿元的规模。
无论是宁德时代、比亚迪、格林美等巨头，还是一些中小型的动力电池回收企业，都开始下场布局，试图提前锁定这个潜在的市场。根据天眼查数据，国内目前有超3.5万余家“动力电池回收”相关企业。
然而动力电池回收仍处于市场初级阶段，价格倒挂、技术不成熟等客观因素仍有很多，动力电池回收也被称之为烫手的金矿。
随着全新技术的诞生，这个巨大的金矿，开始完全暴露出来。
01
改善火法回收
众所周知，正极材料是电池组件中成本最高的，大约会占到电池总成本的40％，所以回收正极材料就比回收其他材料更有必要性。
目前市场中，废旧电池回收处理方法一般有两种，分别为湿法回收和火法回收。
湿法回收通常会使用大量的酸性或者碱性溶液去溶解废旧电池，然后通过长时间沉淀回收贵金属元素。
但湿法回收有很多缺点，首先时间周期比较长，其次冶金完成后还要对废水、废气实行再处理，大大增加运营成本，甚至超过所得到的锂化合物的价值。
而火法回收，顾名思义就是通过高温煅烧的方式回收，尽管高温熔炼工艺简单、生产率高达优点。但煅烧过程能耗大，对锂的回收率也非常有限。
另外，在以火法冶金为主的过程中，也需要有湿法冶金过程。它在回收过程中的主要作用是将电池中的成分转化为有利于后续湿法冶金分离或回收的产物。所以，仅靠火法冶炼还不能实现对废旧锂电池的完全回收。
就目前来看，这两种方法都不适合电池的大规模回收。
中南大学教授突破电池回收：1公斤利润10元，铁和磷也能再利用
来源：格林美
中南大学研发的废旧LFP电池回收方案，则是对原有的火法冶金方式作出了进一步的改善。
值得一提的是，中南大学以张佳峰为首的这个课题组一直专注于动力电池回收方面的研究。
张佳峰教授出生于1984年12月，浙江嵊州人，是化学工程与技术的博士后，中南大学冶金与环境学院教授，主要研究方向就是固体废弃物的无害化处置与资源化、锂电池材料及前驱体和冶金环境工程等。
他所带领的课题组已经在国内外期刊发表学术论文80余篇，申请国家发明专利超150项，其中授权国家发明专利50余项。
早在几个月前，他所带领的课题组，就曾发布过对废旧磷酸铁锂电池中的正极材料修复再利用方案的可行性。
中南大学教授突破电池回收：1公斤利润10元，铁和磷也能再利用
来源：实验论文
他认为通过添加适量的锂源，以此进行原位逆向补锂，或许可以有效地修复再生废弃LFP正极材料。
通过他们大量的实验分析，这个方法确实可以有效地再生LFP正极材料，并且还能表现出500 次循环后容量保持高达 95.30％的电化学性能。
02
1公斤利润10元
和传统电池回收过程相比，张佳峰团队所提出的废弃LFP回收方案中，主要加入了固体硫酸钠，它是一种无色透明的晶体，和盐很相似，但不可食用，一般用作干燥剂。
具体过程是，在对废旧磷酸铁锂电池进行放电、拆卸和分离等预处理后，筛选出正极活性物质LFP。LFP与硫酸钠混合后研磨均匀，然后在高温条件下进行空气煅烧。
中南大学教授突破电池回收：1公斤利润10元，铁和磷也能再利用
来源：实验论文
这个过程中，Li（锂元素）会从LFP的橄榄石型结构中被选择性提取，形成可溶于水的Na？SO？。Fe（铁）和P（硼）则被转化为了附属产物Fe？P？O？和Na？P？O？。
焙烧后的产物再通过水浸处理，根据各物质在水中的溶解度不同，最终提取Li元素。
他们发现，当实验过程中温度达到800℃时，充分燃烧3小时后就能获得最大的Li提取率，达到了99.22％，而P元素的提取率达到0.11％，Fe的提取率达到0.03％
和传统技术相比，既能高效选择性提取Li元素，也能将Fe和P二次回收利用。
它们对这项研究技术实的用性也进行过分析，计算了1.00kg废LFP电池下所产生的成本和收益。
中南大学教授突破电池回收：1公斤利润10元，铁和磷也能再利用
来源：实验过程
按照他们的说法，和湿法冶金工艺相比，都是将锂转化为其他物质，原理相似，成本相近，分别是2.59美元和2.63美元。
值得注意的是，湿法冶金只有单一附属产物在过程中被回收，而在这次的实验当中还会带来多种高价值的附属产物，带来了4.07美元的增值，这比湿法冶金的价值高40.3％。而且这个方法也简化了湿法冶金后期复杂的酸浸过程，大大简化了过程。
而这意味着，与传统方法相比，这个回收方案可以实现从1公斤废旧LFP电池中得到1.44美元的高收益。
03
受益的不仅是白名单企业
当新能源汽车作为实现双碳目标的重要抓手时，动力电池回收体系将是新能源汽车可持续发展的重要一环，不可避免会成为一个风口。
自2022年开始， 磷酸铁锂电池已经成为了退役电池的主力，有数据显示，2025年进国内的退役动力电池将达到137.4GWh，而需要回收的废旧电池将达到96万吨。
而且据安信证券测算，在2021年全球镍钴锂锰回收市场规模为157.4亿元，预计到2025年市场规模能达到777.1亿元，2021-2025年均复合增速为49.1％。
不久前，工信部发布了符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》企业名单公开征求意见，本批次白名单企业共计41家，加上此前已发布的三批名单，国内动力电池回收白名单企业将要达到88家。
然而和这些企业相比，更多的还是没有进白名单的小作坊。
对于用户来说，一台入手价格15万元左右的紧凑级新能源汽车，在开了几年之后，报废回收价格只有3000~4000元，这也给了废旧电池商进入市场的机会。
这些小作坊，通过低成本、高价回收抢占回收市场。据测算，退役动力电池流入白名单企业的比例不到25％。
而这些小作坊的回收方式也是简单粗暴，他们为了节约成本，直接戴着绝缘手套就开始暴力拆卸。这个过程中也会产生巨大的粉尘、电解液污染。此外，他们按照品质的不同，还会进行二次利用，不少电动玩具中的电池，就是来自新能源汽车。
这意味着，动力电池回收产业链仍然不成熟。有业内人士称，现在动力电池回收行业里，废旧动力电池里锂资源回收率基本徘徊在1％到2％之间，能完全利用的非常少。
宁德时代董事长曾毓群曾夸下海口，电池里面绝大部分材料都是可以重复进行利用的，“目前我们镍钴锰的回收率已经达到了99.3％，锂达到了90％以上。”
不过这个说法很快就被质疑，天齐锂业回复称，“这个回收率实验室应该能做到，但是商业上还没见过。”
理论上，锂的回收率的确可以达到90％以上，但动力电池回收的最大挑战还在于，回收难、回收成本高、以及不健全的市场机制。
而中南大学的这项技术突破，和以往的技术方案相比，并不需要多么复杂的反应环境，还大大简化了流程，还有在反应过程中的催化试剂也比较常见，这意味着实现商业化落地就会简单的多。
而且这套方案一旦落地商用，受益的也不仅仅是那些白名单企业。
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