近日,BAO师傅有幸来到奥迪位于北京798内的研发中心,聆听了一场来自《大众学院》的公开课,核心内容就是讲解大众汽车在德国萨尔茨吉特工厂和中国市场,正在推行的动力电池循环利用试点项目。在这一项目的技术加持下,大众在中国的动力电池可回收占比高达95%,而德国可以实现将近100%回收(5%的差异主要在于隔膜材料的回收)。

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废旧电池的回收利用对于新能源汽车的发展有着至关重要的意义。不同于燃油车,新能源车虽然结构相对简单,能源可再生利用,但在车辆报废处理时,原材料的回收工艺要复杂得多。特别是动力电池部分,其中含有大量稀有金属和化学物质。如果回收得当,不仅可以形成原材料可再循环的环保闭环,还可以降低车辆生命周期内的使用成本(提高回收价格,易损件可替换成回收环保材料);但若处理不当,不仅贵重金属严重流失,电池中的有毒有害物质还会对环境造成严重破坏。

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另一方面,如果能够从材料层面做到高比例回收,对于整个产业,乃至国家战略安全层面都有着极其重要的意义。通常我们说的三元锂电池和磷酸铁锂电池都是指电池的正极材料。而国内使用最多的三元锂电池,正极材料多为镍钴锰和镍钴铝的方案。这些电池中含有大量镍、锂、钴等贵金属。尽管中国在非洲的投资使我们对钴资源的使用,拥有一定话语权,但钴矿石我们仍然有很大比例依赖进口,而锂矿石的进口占比仍超过70%,其中约50%来自坐拥优质锂矿场的澳大利亚。鉴于当下中国和澳大利亚的关系并不明朗。所以,如果能够拥有一套完整的高回收率的废旧动力电池回收体系,对于我国新能源汽车产业的发展至关重要。

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这次大众学院的公开课内容重点讲述了大众在我国和德国使用的动力电池回收体系。其中动力电池在大众的全生命中,从电芯开始,组装成模组,再制作成电池包,提供给用户使用。当锂离子电池寿命衰减至80%以下时,电池的电化学性能将出现明显下滑,难以完全满足汽车正常动力需求,电池进入常规更换阶段。大众通过自身维保体系,回收自有品牌产品的动力电池,并将其进行统一测试与判别。测试后的电池,大众将其进行分级。其中优质电池可进行梯次利用。相对低质电池进入再生回收环节。

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梯次利用电池将被进行更细致分级。优等电池将被作为电池备件使用,进行模组级别的更替使用。中等电池将被改装成供低速电动车使用的动力电池,这一再利用则降至电芯级别。而低等的电池则被用作储能或备电设备(例如光伏发电的储能站,或者是光能自发电路灯的储能电池等),这一级别的电池都是在整包或者模组级别进行使用。进而最大化延长电池的生命周期,减少其中的浪费和能源、环境损失。同时,大众与第三方企业合作的能源锂电云平台,可以实时监控梯次利用的电池去向和状态。包括智能梯次电池筛选管理平台、低速锂电运营管理平台和锂电池交易平台等。其中,锂电池交易平台可实现电池老化数据分析、电池统计展示、运营管理、资产管理。

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进入再生环节的电池也将进行等级划分。会根据历史数据和现场检测结果判定并区分退役电池安全等级,共分为A类良好状态,B类有潜在风险外在损伤或泄漏,以及C类历经火烧或爆炸三个等级。鉴别完成后对电池进行安全封装,存在高安全隐患的电池采用防爆箱封装,并采用第九类危险品运输车专门运送,保障电池的运送安全。

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在仓储阶段,大众的回收合作伙伴,会同样保持电池的高安全防护等级,每一个电池包都配有独立的安全储存柜,这一存储柜做到了六面密封、独立烟感、实时温感监控以及七氟丙烷灭火、水喷淋等多重措施的“监护”。同时,每一个存储地都配备至少六名以上安全员,进行有备份的安全防护。

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再说回动力电池的回收。目前国际通行的回收方式主要有火法冶金和湿法冶金,火法冶金主要以镍和钴为主要对象,材料回收率仅为50%左右。此次大众介绍的,高达95%-100%回收率的回收方法属于湿法冶金。

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首先,大众汽车会对无法梯次利用的电池,进行统一放电处理(国内采用盐水放电法),之后对外壳和组件进行拆卸,电池系统被拆解成模组并进行粉碎。

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接下来,电池模组被粉碎后,对粉碎颗粒进行干燥并蒸发电解液中的水分。干燥颗粒经过筛分,得到有价值的“黑色粉末”,包括锂、镍、锰、钴和石墨的混合物。通过进一步的物理筛分,例如风选,磁选,筛分,焙烤等,磁性金属、非磁性金属和塑料颗粒得到分离。被分离的金属材料,通过湿法冶金进行提纯,经过铜萃取,钴镍分离,以及沉锂、钙化等一系列化学反应,分解为电积铜、硫酸钴液、硫酸镍液、硫酸锰液以及电池级碳酸锂等材料。这些液体材料经过过滤,加入沉淀剂,固液分离,过滤、洗涤、干燥、筛分除铁等工艺,最终合成可以供电池企业使用的三元前驱体材料。至此一个电池包的回收利用得以完成。

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以大众的德国萨尔茨吉特回收项目为例,一块400kg电池包可以回收到铝126kg(主要是壳体),石墨71kg(负极材料),电解液37kg,铜22kg,塑料21kg,锰12kg,钴9kg、锂8kg、钢3kg、镍1kg,以及其他电子元器件或辅助材料等都同样被回收。而国内与国外95%与100%的回收率差别,主要在隔膜材料层面。这种有机纤维材料在回收过程中容易被分解、破坏。

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目前,具有国家认可资质的动力电池回收企业已从原来的5家增加到了27家,大众已与其中的多家建立起了专属的合作。尽管大众真正走量的ID.系列产品刚刚铺向市场,但这种“兵马未动粮草先行”的未雨绸缪,值得整个产业的借鉴与参考。

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行业预测数据显示,2020年动力蓄电池退役量为24.6GWh、2021年为33.95GWh、2022年为55.38GWh,到2025年达到134.49GWh。即自今年起,退役动力电池将迎来爆发期。此外,国际市场研究机构相关报告显示,预计2025年全球动力蓄电池回收行业规模将达到122亿美元,到2030年达181亿美元,约合人民币1263亿元。而中国作为全球最重要的新能源汽车市场,退役电池的年产业规模也将逐年扩大。

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新能源汽车是一盘大棋,其价值链早已不仅仅是销售、维保环节,打通了回收再利用,无疑是打通了另一个新的增值领域,它将成为软件能力之外,企业的又一项重要技能。

文/BAO爱车工作室

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发布于 2021-05-31 19:30

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