鉅大LARGE | 點擊量：513次 | 2023年10月25日
挪威正在建設(shè)鋰電池回收廠 電池回收已經(jīng)迫在眉睫
挪威的鋰離子電池回收廠正在建設(shè)中，最初將重點放在電動汽車（EV）電池上，但其背后的公司首席執(zhí)行官表示，未來它還將能夠處理固定式儲能系統(tǒng)（ESS）的電池。
該工廠將于今年晚些時候開業(yè)，年產(chǎn)能為8000噸EV電池模塊，由挪威材料加工公司Hydro和總部位于瑞典的鋰電池制造初創(chuàng)公司合資組建的合資公司Hydrovolt建造。
Hydrovolt首席執(zhí)行官FrederikAndresen說道，他的公司很高興能夠“適當啟動”建設(shè)可再生動力電池回收廠。Hydrovolt旨在回收幾種類型的鋰離子電池。
合作伙伴Hydro和Northvolt已向該項目投資了1.2億挪威克朗（合1,394萬美元），建造了一座自動化程度高，可以粉碎和分類電池的工廠。Hydrovolt還從挪威政府企業(yè)Enova獲得了4,350萬挪威克朗的資金，該公司支持清潔能源和氣候計劃。電池將由Batteriretur提供，Batteriretur已從挪威各地收集和回收電池，并在Fredrikstad的新Hydrovolt工廠附近設(shè)有工廠。
Batteriretur也將運營該工廠，而Hydrovolt的運營將與Hydro和Northvolt的業(yè)務(wù)“緊密結(jié)合”：Northvolt目前正在瑞典和德國建設(shè)數(shù)十吉瓦時的電池制造能力，旨在服務(wù)于歐洲25％的發(fā)電量。鋰電池的總需求，主要包括汽車應(yīng)用，也包括固定應(yīng)用。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
同時，水力發(fā)電在肥料，鋁和水電等行業(yè)中已有100多年的歷史。水電將回收和再利用電池和電池組中的鋁，Hydrovolt將從濕法冶金加工產(chǎn)生的“黑塊”中吸收鈷，鋰，錳和鎳。然后，電池制造商將重新使用這些材料或?qū)⑵涑鍪邸?/p>
去年年底，有消息顯示日本電子制造商松下與水電和挪威國有多數(shù)股權(quán)的Equinor（原挪威國家石油公司）簽署了諒解備忘錄，以研究在挪威建立“綠色電池業(yè)務(wù)”的問題。另一家新興公司FREYRBattery正在尋求在該國建立鋰電池超級工廠，并于今天表示，正尋求通過特殊目的收購公司（SPAC）在紐約證券交易所上市。
“城市采礦”對于可持續(xù)電池行業(yè)至關(guān)重要
首席執(zhí)行官Andresen告訴Energy-Storage.news，挪威是世界上電動汽車普及最快的國家之一，Hydrovolt“自然而然地從電動汽車的電池和模塊開始”。
Andresen說：“挪威將是最早有使用壽命終止的EV電池可回收利用的電池市場之一。但是我們也可以從ESS和其他應(yīng)用中回收電池，例如從我們正在建設(shè)的設(shè)施中的海運部門回收電池，并且我們還將利用可用容量從其他市場和部門采購電池。”
安德森說，人們期望儲能系統(tǒng)中電池的處理和回收“當然會隨著時間的推移而顯著增長”。
采訪者還詢問是否可以將電池或從EV部門的電池中提取的材料用于固定式應(yīng)用，反之亦然。安德森說：“從電動汽車電池中提取的材料用于其他用途……這也是我們正在研究的領(lǐng)域。這可以是為電池生產(chǎn)提供純凈的回收材料，也可以是對電池中的某些組件進行再利用。在挪威已經(jīng)進行了一些重復(fù)利用的項目，那里有一定的潛力。”
Hydrovolt首席執(zhí)行官表示，歐盟采用新的電池法規(guī)將提高歐洲電池供應(yīng)鏈的責任感和透明度，并將引入有關(guān)材料可持續(xù)性和CO2排放的標準，這對于從一個電池中重新使用電池的總體價值主張至關(guān)重要。申請另一個。他說，該法規(guī)還將在一定程度上支持重復(fù)使用。
“從環(huán)境的角度來看，城市采礦對于確保一次又一次地使用電池內(nèi)的材料至關(guān)重要，我們的目標是發(fā)揮自己的作用，以實現(xiàn)這一目標，”安德森說。為了使Hydrovolt成為鋰離子電池的“一站式商店”，該首席執(zhí)行官表示，該設(shè)施可以在其他地方復(fù)制，該公司“將隨著時間的推移探索并考慮其他地點”。
我們對開始建造可再生能源電池回收廠感到非常興奮。我們將利用2021年進一步探索我們?nèi)绾螢镺EM和其他參與者提供支持，以實現(xiàn)二氧化碳友好型回收。
鋰離子電池的商業(yè)回收，包括用于第二次使用的重新包裝電池，預(yù)計將很快成為一項大生意，但到目前為止，Li-cycle在安大略省，加拿大和紐約的工廠是中國和美國以外唯一的商業(yè)回收工廠。韓國。
同時，對于歐洲的鋰電池制造業(yè)來說，已經(jīng)過去了幾天，歐盟批準了29億歐元（35億美元）的國家援助資金，供成員國用于支持其國家的項目，芬蘭剛剛宣布了一項國家電池戰(zhàn)略，以利用其境內(nèi)可用的原材料。
電池回收的重要性
隨著電動汽車的普及開始爆炸性增長，曾經(jīng)為這些汽車提供動力的一堆廢舊鋰離子電池也越來越多。業(yè)內(nèi)分析家預(yù)測，到2020年，僅中國就將產(chǎn)生約500,000噸廢舊鋰離子電池，到2030年，全球每年將達到200萬噸。
如果目前處理這些用過的電池的趨勢保持不變，那么即使可以回收鋰離子電池，這些電池中的大多數(shù)也可能最終被填埋。這些流行的電源盒包含有價值的金屬和其他可以回收，加工和重復(fù)使用的材料。但是今天很少進行回收。例如，根據(jù)澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）的環(huán)境科學(xué)家NaomiJ.Boxall的說法，在澳大利亞，只有2-3％的鋰離子電池被收集起來并送往海外進行回收。歐盟和美國的回收率（不到5％）并沒有高得多。
“鋰離子電池回收還不是普遍公認的做法有很多原因，”阿貢國家實驗室的LindaL.Gaines說。蓋恩斯（Gaines）是材料和生命周期分析的專家，他說原因包括技術(shù)限制，經(jīng)濟障礙，物流問題和監(jiān)管差距。
所有這些問題都變成了經(jīng)典的“雞與蛋”問題。由于鋰離子電池行業(yè)缺乏進行大規(guī)模經(jīng)濟回收的明確途徑，因此電池研究人員和制造商傳統(tǒng)上并不專注于提高可回收性。相反，他們致力于降低成本并提高電池壽命和充電容量。而且由于研究人員在改善可回收性方面僅取得了適度的進展，因此相對較少的鋰離子電池最終被回收了。
確實得到回收的大多數(shù)電池都經(jīng)過類似于采礦業(yè)中使用的高溫熔化和提?。ɑ蛉蹮挘┻^程。這些操作是在大型商業(yè)設(shè)施（例如，亞洲，歐洲和加拿大）中進行的，需要大量能源。這些工廠的建造和運營成本很高，并且需要先進的設(shè)備來處理冶煉過程中產(chǎn)生的有害排放物。盡管成本很高，但這些工廠無法回收所有有價值的電池材料。
到目前為止，大多數(shù)改善鋰離子電池回收的工作都集中在相對較少的學(xué)術(shù)研究小組中，這些研究小組通常獨立工作。但是事情開始改變。在電動汽車和無處不在的便攜式電子設(shè)備老化之后，預(yù)計很快就會有大量的廢舊鋰離子電池驅(qū)動，新興公司正在將新的電池回收技術(shù)商業(yè)化。越來越多的科學(xué)家開始研究這個問題，擴大了新近接受過電池回收培訓(xùn)的研究生和博士后隊伍。此外，一些電池，制造和回收專家已經(jīng)開始形成大型，多方面的合作關(guān)系，以解決迫在眉睫的問題。
電池回收的好處
電池專家和環(huán)保主義者提供了回收鋰離子電池的眾多理由?；厥盏牟牧峡捎糜谥圃煨码姵?，從而降低制造成本。目前，這些材料占電池成本的一半以上。近年來，兩種最常見的陰極金屬鈷和鎳（最昂貴的成分）的價格大幅波動。鈷和鎳的當前市場價格分別約為每公噸27,500美元和每公噸12,600美元。2018年，鈷的價格超過每公噸90,000美元。
在許多類型的鋰離子電池中，這些金屬以及鋰和錳的濃度超過了天然礦石中的濃度，使廢電池類似于高濃縮礦石。如果可以從廢舊電池中以比天然礦石更大的成本和更經(jīng)濟的方式回收這些金屬，則電池和電動汽車的價格應(yīng)會下降。
除了潛在的經(jīng)濟利益外，回收還可以減少進入垃圾填埋場的材料數(shù)量。中國科學(xué)院污染控制專家孫志表示，電池中發(fā)現(xiàn)的鈷，鎳，錳和其他金屬很容易從埋入電池的外殼中泄漏出來，污染土壤和地下水，威脅生態(tài)系統(tǒng)和人類健康。氟化鋰鹽（常見于LiPF6）在電池電解質(zhì)中使用的有機溶劑中的溶液也是如此。
電池不僅會對使用壽命產(chǎn)生負面影響，而且還可能在制造電池之前對環(huán)境產(chǎn)生負面影響。正如阿貢（Argonne）的蓋恩斯（Gaines）所指出的那樣，更多的回收利用意味著更少的原始材料的開采以及更少的相關(guān)環(huán)境危害。例如，采礦對于一些電池需要金屬處理金屬硫化物礦石，這是能量密集的并發(fā)射SOX，可導(dǎo)致酸雨。
減少對電池材料開采的依賴也可能減慢這些原材料的消耗。Gaines和Argonne的同事使用計算方法研究了這個問題，以模擬不斷增長的電池生產(chǎn)如何影響到2050年許多金屬的地質(zhì)儲量。研究人員認識到這些預(yù)測“復(fù)雜且不確定”，研究人員發(fā)現(xiàn)鋰和鎳的世界儲量足以維持電池產(chǎn)量的快速增長。但是電池制造可能會使全球鈷儲量減少10％以上。
回收鋰離子電池還可能有助于解決政治成本和弊端。根據(jù)CSIRO的一份報告，世界鈷產(chǎn)量的50％來自剛果民主共和國，并且與武裝沖突，非法采礦，人權(quán)和有害的環(huán)境習俗有關(guān)?；厥针姵夭⑴渲柒挐舛冉档偷年帢O可以幫助降低對此類有問題的外國資源的依賴，并提高供應(yīng)鏈的安全性。
回收鋰離子電池的挑戰(zhàn)
正如經(jīng)濟因素可以使電池回收一樣，他們也反對這種理由。例如，原材料電池價格的大幅波動給回收經(jīng)濟學(xué)帶來了不確定性。特別是，最近鈷價的大幅下跌引發(fā)了人們的疑問，與使用新鮮材料制造新電池相比，回收或重新使用鋰離子電池是否是一個好的業(yè)務(wù)選擇。基本上，如果鈷的價格下降，則再生鈷將難以在價格上與開采的鈷競爭，制造商會選擇開采的材料而不是再生的材料，從而迫使回收商停業(yè)。對于考慮進行電池回收的公司，另一個長期的財務(wù)問題是是否使用其他類型的電池，例如Liair或其他車輛推進系統(tǒng)，例如氫燃料電池，將在未來幾年在電動汽車市場上占據(jù)主要立足點，從而降低了對回收鋰離子電池的需求。
電池化學(xué)作用也使回收變得復(fù)雜。自1990年代初索尼將鋰離子電池商業(yè)化以來，研究人員就反復(fù)調(diào)整了陰極的成分，以降低成本并提高充電容量，壽命，充電時間和其他性能參數(shù)。
一些鋰離子電池使用由鈷酸鋰（LCO）制成的陰極。其他使用鋰鎳錳鈷氧化物（NMC），鋰鎳鈷鋁氧化物，磷酸鐵鋰或其他材料。而且，在制造商之間，一種類型的陰極（例如NMC）中的成分比例可能會有很大差異。結(jié)果是，鋰離子電池包含“種類繁多的不斷發(fā)展的材料，這使回收變得充滿挑戰(zhàn)”，香港理工大學(xué)的電池回收專家梁安說?；厥丈炭赡苄枰唇M成對電池進行分類和分離，以滿足購買回收材料的人們的要求，從而使過程更加復(fù)雜并增加成本。
電池結(jié)構(gòu)進一步使回收工作復(fù)雜化。鋰離子電池是緊湊，復(fù)雜的設(shè)備，具有各種尺寸和形狀，并且不能拆卸。每個電池均包含陰極，陽極，隔膜和電解質(zhì)。
陰極通常由電化學(xué)活性粉末（LCO，NMC等）與炭黑混合而成，并用高分子化合物（如聚偏二氟乙烯）（PVDF）粘合到鋁箔集流體上。陽極通常包含石墨，PVDF和銅箔。用于使電極絕緣以防止短路的分隔器是多孔的塑料薄膜，通常是聚乙烯或聚丙烯。電解質(zhì)通常是溶解在碳酸亞乙酯和碳酸二甲酯的混合物中的LiPF6溶液。組件緊密纏繞或堆疊，并牢固地包裝在塑料或鋁制外殼中。
為電動汽車提供動力的大型電池組可能包含數(shù)千個按模塊分組的電池。這些包裝還包括傳感器，安全裝置和控制電池運行的電路，所有這些都增加了另一層復(fù)雜性，并增加了拆卸和回收成本。
所有這些電池組件和材料都需要由回收商處理，以獲取有價值的金屬和其他材料。與之形成鮮明對比的是，鉛酸汽車電池易于拆卸，并且鉛（約占電池重量的60％）可以與其他組件快速分離。結(jié)果，這些電池中將近100％的鉛在美國被回收，遠遠超過了玻璃，紙張和其他材料的回收率。
改善回收方法
現(xiàn)階段，幾個大型的火法冶煉廠都在回收鋰離子電池。這些設(shè)備通常在1,500°C的溫度下運行，可回收被燃燒的鈷，鎳和銅，但不能回收鋰，鋁或任何有機化合物。這些設(shè)施需要大量資金，部分原因是需要處理冶煉過程中釋放的有毒氟化合物的排放。
例如，濕法冶金加工或化學(xué)浸出在中國已經(jīng)商業(yè)化地進行，它提供了一種能源密集度較低的替代方案，并降低了投資成本。這些提取和分離陰極金屬的方法通常在100°C以下運行，除其他過渡金屬外，還可以回收鋰和銅。傳統(tǒng)浸出方法的缺點之一是需要腐蝕性試劑，例如鹽酸，硝酸，硫酸和過氧化氫。
進行基準規(guī)模研究的研究人員已經(jīng)確定了這些回收方法的潛在改進，但是只有少數(shù)公司在中試規(guī)模的方法上進行了回收測試。在不列顛哥倫比亞省溫哥華地區(qū)，一家美國錳廠將1kg/h的陰極廢料轉(zhuǎn)化為前驅(qū)體，制造商可以用它們來合成新鮮的陰極材料。廢料是指電池制造過程中收集到的不合格的陰極粉末，裝飾物和其他廢物。
該公司的首席技術(shù)官ZarkoMeseldzija將廢料描述為“低垂的果實”，這是一種方便使用的材料，可用于實驗，以擴大操作規(guī)模并轉(zhuǎn)向?qū)嶋H的廢電池。他解釋說，該公司的工藝依靠二氧化硫浸出陰極金屬，并且不使用鹽酸或過氧化氫。
該公司首席執(zhí)行官埃里克·格拉茨（EricGratz）表示，馬薩諸塞州伍斯特市的電池資源商正在運營一家中試工廠，該工廠每天處理鋰離子電池的速度約為0.5公噸，并正在積極努力將容量提高10倍。當前許多回收方法會產(chǎn)生多種單金屬化合物，這些化合物必須結(jié)合起來才能制成新的陰極材料。BatteryResourcers的過程會沉淀出鎳，錳和氫氧化鈷的混合物。這種混合金屬陰極前驅(qū)體簡化了電池的制備，并可以降低制造成本。
同時，DOE的ReCell團隊正在追求所謂的直接回收方法，以無需昂貴的處理即可回收和再利用電池材料。一種方法要求用超臨界二氧化碳除去電解質(zhì)，然后壓碎電池并物理分離組分，例如，基于密度差。
原則上，經(jīng)過這種簡單的處理，幾乎所有組件都可以重復(fù)使用。特別地，因為該方法不使用酸或其他刺激性試劑，所以陰極材料的形態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)保持完整，并且材料保留了使其有價值的電化學(xué)性質(zhì)。蓋恩斯說，要實施這種節(jié)省成本的方法，還需要做更多的工作。
在伯明翰大學(xué)，ReLib團隊成員AlirezaRastegarpanah開發(fā)了機器人方法來安全，自動化地處理用過的鋰離子電池。
在伯明翰大學(xué)的ReLiB項目中，首席研究員保羅·安德森（PaulAnderson）說，研究小組發(fā)現(xiàn)了一個明顯的機會，可以通過自動化提高電池回收的經(jīng)濟效率。為此，該團隊正在開發(fā)機器人程序，以從鋰離子電池中分選，拆卸和回收有價值的材料。伯明翰的研究員艾倫·沃爾頓（AllanWalton）補充說，使用機器人設(shè)備拆卸電池可以消除工人的電和化學(xué)傷害風險。他說，自動化還可以增強電池組件的分離度，提高其純度和價值。
盡管大多數(shù)這些策略仍處于發(fā)展初期，但對它們的需求正在增長。當前，報廢電動汽車電池的數(shù)量很少，但即將激增。香港理工學(xué)院的安說，許多障礙阻礙了大規(guī)模的回收利用，但是“機遇總是與挑戰(zhàn)并存”?，F(xiàn)在是時候大聲疾呼，認真對待回收鋰離子電池了。
