分析：動力電回收工藝剖析與成本測算

鋰離子電池主流回收工藝分為四種：濕法工藝、火法工藝、聯(lián)合工藝和修復再生工藝。

預處理與二次處理：放電、拆解與材料分離

由于鋰離子電池成分復雜、結(jié)構(gòu)致密，直接采用高溫冶金或濕法冶金的方法回收效率較低。為提高回收利用效率，在從廢電池中回收有價金屬之前，通常需進行放電和初步分離預處理，以減少金屬的混合和回收過程中試劑與能量的消耗。

1）放電

為防止廢舊電池短路、自燃，在拆解電池之前，首先需要對電池進行放電處理。主流的做法是將電池正負極浸入導電鹽溶液中，實現(xiàn)短路放電；這種方法效率高且穩(wěn)定，成本低廉，適合小型廢舊電池的放電處理。對于電動汽車用鋰離子電池組，由于殘余容量較多，也可使用充放電機收集殘余電量，檢測殘余電壓處于安全范圍后再進入拆解粉碎階段。對于高容量電池的大批量工業(yè)化應用，也可使用低溫冷凍法，即將廢舊電池冷凍至極低 溫度（如液氮冷凍）失活并安全破碎；但該方法對設備要求較高，初期建設成本較高。

2）分揀拆解

由于不同活性材料、不同使用目的、不同電池制造商生產(chǎn)的電池在體積、包裝、材料組分等方面的差異較大，分揀拆解的目的在于去掉廢舊電池（組）的外殼和包裝，減小電池體積，有針對性地分類處理不同類型廢舊電池。在實驗室研究和尚未規(guī)模化回收的企業(yè)，人工拆解是主要的拆解方式。操作人員用刀、 鋸等工具手動拆卸廢舊電池單體，去掉塑料或金屬外殼，將外殼、正負極、隔膜等分離開。這種方式得到的活性物質(zhì)純度相對較高，電芯作為一個整體進入后續(xù)處理階段，雜質(zhì)含量少。但人工拆解效率低、處理量小，僅能作為研究階段或小作坊生產(chǎn)，難以實現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)應用。

面對大規(guī)模的回收過程，機械拆解在經(jīng)濟和工業(yè)應用方面更具優(yōu)勢。機械操作把塑料或金屬外殼封裝的電池用鋼鋸切割除去兩端及殼體，獲得電池內(nèi)部的材料，再依據(jù)正極材料的化學組分采用更具針對性的回收工藝進行批量處理。

在實際應用中，電池包-模組-單體的拆解以手工為主，少數(shù)企業(yè)嘗試采用自動化 拆解；而從電芯到廢粉，大部分企業(yè)都采用自動化拆解。工藝流程來看，廢舊電池包由輸送機物料首先送入一級破機中進行粗破碎；粗破碎后的物料通過輸送機送入二級破機中進行次破碎；次破碎后的物料進經(jīng)過輸送機和磁選器去除鐵后，再進入三破機中進行細破碎至粉末。粉末狀態(tài)的物料由負壓系統(tǒng)進入到旋風分離器中進行空氣過濾，并通過風機落至氣流分選機上；氣流分選機使不同密度的物質(zhì)分層，將金屬分選出來，并使非金屬由負壓系統(tǒng)帶入脈沖除塵器進行集中。過濾得到的尾氣由負壓系統(tǒng)送入尾氣處理設 備中空氣凈化，達到排放標準后再進行高空排放。

3） 粉碎篩分&活性材料與集流體分離

分揀拆解后，需要進一步分選出含有金屬的材料，包括干法和濕法工藝。干法回收工藝是指不通過溶液等介質(zhì)，直接對有價金屬進行回收，主要采用熱處理+機械分離聯(lián)合處理。機械分離法是利用電池不同組分密度、磁性等物理性質(zhì)的差異，采用浮選、振動篩選、磁選等方式篩選分類破碎后的電池材料，實現(xiàn)塑料、金屬外殼、銅箔、 鋁箔及電極材料的初步分離。但電池活性材料是通過粘結(jié)劑粘附到集流體上的，機械處理直接分離活性材料的分離率較低：如果破碎強度較小許多活性材料不能完全回收，強度過大又會使一些銅和鋁被破碎成細小顆粒進入活性材料。因此去除有機粘結(jié)劑是機械破碎前的必要步驟，首先通過熱處理法將放電、拆解后的電極廢料高溫煅燒去除隔膜、 粘結(jié)劑和碳材料等，再通過一系列機械處理（如粉碎、篩分等）實現(xiàn)活性材料和集流體的分離。干法回收操作工藝簡單，在高溫條件下反應迅速，適合用于處理大量或者結(jié)構(gòu) 比較復雜的電池；但高能耗且容易造成大氣污染，前期設備投資也較高。

濕法回收工藝是通過酸堿溶液對廢舊鋰電池中金屬離子進行溶解，再使用沉淀、吸附、萃取等方法將溶液中的離子進行再提取，使其以氧化物、鹽等形式分離。在活性材料與集流體分離工段，主要的濕法工藝有有機溶劑溶解法、堿溶解法等。有機溶劑浸泡法利用相似相溶原理，采用極性較強的有機溶劑溶解粘結(jié)劑，破壞集流體和活性物質(zhì)接觸界面的粘合，實現(xiàn)活性物質(zhì)的脫離；該方法不破壞材料結(jié)構(gòu)且不改變活性材料組分，回收效率高；但有機溶劑大多價格昂貴，且有毒易揮發(fā)，不適合大規(guī)模工業(yè)應用。堿液溶解法是利用鋁的兩性性質(zhì)，利用堿溶解鋁箔，而活性物質(zhì)不溶于堿液，實現(xiàn)二者分離；該方法操作簡單、分離效率高，但生成的鋁酸鈉較難回收處理，強堿也易腐蝕設備。濕法回收工藝過程較復雜精細，但回收產(chǎn)品純度更高，因此是目前廢舊電池回收工藝的首選。

深度處理：目標金屬的浸出與分離提取

電池回收的深度處理是在預處理放電、拆解、破碎、分離后，將電極材料溶解浸出，使 其中的金屬及化合物以離子形式進入到浸出溶劑中，再分別進行對應金屬的分離回收；主要可分為浸出和提取兩個階段。

1） 浸出

浸出是廢電池回收濕法工藝中的關(guān)鍵步驟，主要是將預處理后的正極活性物質(zhì)中的金屬 元素轉(zhuǎn)化為溶液中的離子，便于后續(xù)分離回收工序，常用的酸包括無機酸（HCl、 H2SO4、HNO3、H3PO4 等）、有機酸（草酸、檸檬酸、蘋果酸等）。傳統(tǒng)無機酸中，鹽酸浸出效果最佳，但易揮發(fā)，在反應過程中會生成 Cl2；硝酸不僅易揮發(fā)，還具有強氧化性，容易生成有毒的氮氧化物，且價格高于鹽酸和硫酸；硫酸價廉易得，沸點較高，可采用較高的浸出溫度提高浸出速率和溶解率。但硫酸的浸出效率相對較低，因此實際操 作過程常在硫酸溶液中添加還原劑H2O2，且需要較高的浸出溫度和較大的液固比。但 由于 H2O2穩(wěn)定性差、易分解，當前有很多研究致力于尋找更高效穩(wěn)定的替代物。除無機酸外，對環(huán)境友好的有機酸也是目前的關(guān)注方向：有機酸較無機酸不會產(chǎn)生有毒氣體，廢液也沒有強酸性，便于處理，對設備腐蝕較?。坏袡C酸價格較高，浸出速度較慢，且液固比高于無機酸，對應正極材料處理能力遠小于無機酸，因此難適用于大規(guī)模處理。

整體來說，酸浸過程的核心是反應溫度、時間、酸濃度、固液比和還原劑含量，直接影響到金屬離子的浸取率。

2） 提取

正極活性物質(zhì)浸出后，重點回收的鈷、鋰、鎳、錳等金屬均以離子形式存在于浸出液中，需通過進一步的深度處理，進行徹底的分離、提純并回收，主流工藝包括化學沉淀法、 溶劑萃取法、電化學沉積法等?；瘜W沉淀法是向金屬浸出液中加入適當?shù)某恋韯c金屬離子發(fā)生沉淀反應達到分離效 果?；瘜W沉淀法的分離機理是一定 pH 下金屬化合物的不同溶解度，在不同 pH 值下對 Ni、Co、Mn、Li 等不同金屬離子進行梯次沉淀分離；這種方法提取率高、成本低、對設備的要求低，但由于部分金屬沉淀條件苛刻，如果沒控制好沉淀劑用量和溶液酸堿度，可能會出現(xiàn)多種金屬同時沉淀的現(xiàn)象，難以分離，造成不必要的資源浪費。

萃取法是選擇一種特定的萃取劑或幾種萃取劑的混合物，通過與目標金屬離子形成穩(wěn)定的配合物，在有機相中與浸出液分開，再將配合物反萃實現(xiàn)金屬離子的分離提純。萃取法優(yōu)勢在于目標金屬離子提取準確、能耗低、操作簡便，回收率和純度都比較高；但缺點在于需要大量化學試劑，存在污染環(huán)境的風險，溶劑在萃取過程中也會有一定流失，成本較高。通常情況下，混合萃取劑具有更好的協(xié)同效應，萃取效果優(yōu)于單一萃取劑。目前國內(nèi)電池回收工廠主要采用分步萃取的方法回收浸出液中的金屬離子：首先將Cu、Al、Fe 等雜質(zhì)化學沉淀去除，凈化液采用 P204 萃取錳，負載有機相經(jīng)過硫酸溶液反萃、 凈化后得到純凈硫酸錳溶液；萃余液再采用 P507 在不同 pH 條件下分別萃取 Co、Ni， 負載有機相經(jīng)過硫酸溶液反萃的到純凈硫酸鈷、硫酸錳溶液。該方法可制備純的 Mn、 Co、Ni 硫酸鹽產(chǎn)品，但萃取過程使用的P204和P507萃取劑均需皂化處理，堿消耗量大；另外整個萃取流程相對較長、級數(shù)較多。

電化學沉積法是指在外電場作用下，通過金屬的電極電位差異，使浸出液中的目標金屬離子在陰極發(fā)生電化學還原反應得到金屬的方法。該方法簡單易行、操作中不需添加化學試劑、引入雜質(zhì)少，不僅使產(chǎn)品的純度和回收率很高，也避免了后續(xù)處理工藝的復雜 化。但缺點是需消耗較多的電能，另外為避免其它金屬離子的共沉積，需要在前處理過 程中純化活性材料。

三、電池回收成本&產(chǎn)物價值量分析

成本端來看，電池回收成本結(jié)構(gòu)主要分為兩大塊：廢電池本身的費用和加工費。廢電池本身的費用占比通常超過總體的 50%，其他加工費包括輔助材料成本、燃料動力成本、 環(huán)境治理成本、設備成本、人工成本、其他支出（場地費、公攤費、稅費）等。對于磷酸鐵鋰電池，假設電池包回收價格為18000元/噸，干法與濕法回收單噸成本（購買電池包以外）分別為5900元/噸與11300元/噸，總回收成本分別為23900元/噸與 29300 元/噸；對于三元電池，假設電池包回收價格為38000 元/噸，干法與濕法回 收單噸成本（購買電池包以外）分別為6000 元/噸與14400 元/噸，總回收成本分別為44000 元/噸與52400 元/噸。

盡管干法工藝相對簡單、回收成本較低，但其產(chǎn)物中雜質(zhì)更多、處理過程中污染更大， 目標產(chǎn)物回收率也低于濕法，存在一定工藝缺陷；因此目前國內(nèi)電池回收產(chǎn)線以濕法為主。對于磷酸鐵鋰電池，當前主要回收產(chǎn)物是廢銅、碳酸鋰、磷酸鐵。參考本文第二章的測算，磷酸鐵鋰動力電池包中，單體質(zhì)量占比約60%，單體中正極材料質(zhì)量占比約32.1% （活性材料在正極材料中質(zhì)量占比 88-89%），銅箔質(zhì)量占比約10.8%；按照回收率銅箔98%、碳酸鋰90%、磷酸鐵95%假設，則單噸磷酸鐵鋰電池包可提取廢銅 63.5kg、碳酸 鋰 35.9kg、磷酸鐵 154.8kg，對應主要回收產(chǎn)物價值量 1.7 萬元/噸磷酸鐵鋰電池包。對于三元電池，當前主要回收產(chǎn)物是硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳、碳酸鋰。參考本文第二章的測算，三元動力電池包中，單體質(zhì)量占比約 68.2%，單體中正極材料質(zhì)量占比約 39% （活性材料在正極材料中質(zhì)量占比 88-89%），銅箔質(zhì)量占比約13%；按照回收率銅箔98%、硫酸鎳98%、硫酸鈷98%、硫酸錳98%、碳酸鋰85%假設，則單噸不同三元電池包可提取廢銅86.9kg、硫酸鎳123.4~293.6kg、硫酸鈷 36.8~123.6kg 、硫酸錳 35.8~120.4kg、碳酸鋰84.9~85.7kg，對應主要回收產(chǎn)物價值量 4.2-4.5 萬元/噸三元電池包。

通過成本與收益的核算，目前鋰電回收行業(yè)仍處于微利甚至虧損的狀態(tài)；主要在于 2022 年以來原材料端廢舊電池包的高溢價。此前由于鋰價較低，三元電池回收以鎳鈷為主，因此計價折扣系數(shù)僅體現(xiàn)鎳、鈷的價值；22年鋰價大幅上漲，為體現(xiàn)鋰價值量，只能調(diào)高鎳、鈷的折扣系數(shù)；疊加行業(yè)參與者激烈爭奪廢舊電池包資源，電池包的折扣系 數(shù)由正常情況下的 70-80%大幅飆升，最高超過 200%，與實際價值量水平存在較大偏差。