電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池回收的挑戰

未來(lái)十年，全球的汽車(chē)運輸習慣將可能出現重大改變，電動(dòng)汽車(chē)或將被普遍認可使用，報廢電池的數量也將大大上升。未來(lái)，電池回收利用鏈條將得到強勁地發(fā)展，但還未獲得有關(guān)方面的足夠重視。

有預測表明， 未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)所用電池的平均壽命為八年。盡管目前所有的主要汽車(chē)制造商都擁有其概念電動(dòng)汽車(chē)模型，但全球范圍內，第一代真正意義上的電動(dòng)汽車(chē)在2012年之前不會(huì )大量投入市場(chǎng)。因此第一代電動(dòng)汽車(chē)使用的電池將不會(huì )在2020年前沖擊電池回收工業(yè)，專(zhuān)家們相信在這一年里，電動(dòng)汽車(chē)將會(huì )完全被公眾所接受。

據全球知名的專(zhuān)業(yè)機構——普華永道（PWC）預測，到2020年，全球制造的汽車(chē)將有5 % 為電動(dòng)汽車(chē)。更有甚者， 法國雷諾- 尼桑公司首席執行官Carlos Ghson認為，2020年全球制造的電動(dòng)汽車(chē)將達到10%左右，但電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展之箭已經(jīng)上弦，無(wú)法阻擋。

荷蘭政府正在鼓勵電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，并希望該國在電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展方向上走在世界的前列，而對汽車(chē)電池的回收卻并沒(méi)有系統的想法。在本文中，將著(zhù)重討論電動(dòng)汽車(chē)原材料拆卸、收集、可供數量、電池類(lèi)型和回收工藝技術(shù)等問(wèn)題。

電動(dòng)汽車(chē)是汽車(chē)未來(lái)發(fā)展方向?，F在適宜的電池需求正在極速增加。繼鉛電池、Ni-Cd電池和NiH電池之后，鋰離子電池被認為是現代電動(dòng)汽車(chē)應選擇的最佳材料。

鋰廣泛用于陶瓷、玻璃以及制藥等行業(yè)，近年來(lái)鋰的運用領(lǐng)域迅速拓展。它具有高電化學(xué)電勢，所以鋰也是熱交換的理想材料，適用于現代電池。已經(jīng)有六成手機、九成筆記本電腦中用到可充電鋰電池。陰極材料和電池電解液中都需要鋰，對鋰需求的增加，主要是因為電動(dòng)汽車(chē)數量的不斷增加。目前，電池制造商生產(chǎn)所用的鋰占到全球鋰產(chǎn)量的20%。

全球鋰儲量的三分之二是在“鋰三角”——鹽荒漠表面頂部，在智利和葡萄牙還有較少量的鋰礦。關(guān)于鋰萃取，重點(diǎn)是要探明地下鹽水中的鋰能否用于生產(chǎn)電池。智利是最大的碳酸鋰生產(chǎn)國（在Salar De Atacama鹽礦），而玻利維亞擁有最大的儲量（見(jiàn)表1）。

據美國地質(zhì)調查局的研究數據：全球鋰儲量為1100萬(wàn)噸，通過(guò)比較，2008年鋰產(chǎn)量達到27400噸，而碳酸鋰和氧化鋰年萃取量約為80000噸，相當于15000噸鋰金屬，其他鋰金屬來(lái)自于鋰輝石礦（鋰輝石主要用于陶瓷工業(yè)，因為其玻璃樣結構，不太適合用于電池）。

每一千瓦時(shí)電容量需要0.79kg碳酸鋰（ 0. 15 kg 鋰） ， 而插電式混合動(dòng)力汽車(chē)（簡(jiǎn)稱(chēng)PHEV）電池平均具有20千瓦時(shí)的能量。如果2020年全球汽車(chē)銷(xiāo)量達到7000萬(wàn)輛，以其中5%為電動(dòng)汽車(chē)或復合電動(dòng)汽車(chē)計算，則額外需求超出55000噸碳酸鋰，這已經(jīng)超過(guò)了2010年的全球消費數量。

因為需求增長(cháng)，鋰價(jià)格也將持續上漲，所以很難萃取的鋰礦也有了經(jīng)濟利益。玻利維亞已經(jīng)在計劃建設年產(chǎn)能30000噸的鋰廠(chǎng)，可能會(huì )有更大的生產(chǎn)潛力。按現有儲量規模，除非電動(dòng)汽車(chē)數量有爆炸性增長(cháng)，鋰的生產(chǎn)將能保障未來(lái)汽車(chē)工業(yè)的需求，預計可以滿(mǎn)足未來(lái)200年之用。

鋰不是唯一的“新”元素，它只是電動(dòng)汽車(chē)鋰離子電池的一個(gè)成份，其他成份還有稀土元素，也在例如磁體、電子、太陽(yáng)能電池、風(fēng)力滑輪機和催化劑領(lǐng)域應用（見(jiàn)表2）。

過(guò)去10年，稀土元素全球消費量增長(cháng)超過(guò)了3倍，達到近12.5萬(wàn)噸。

目前，電池收集仍是一個(gè)尚未得到足夠重視的問(wèn)題。由于汽車(chē)電池遭遇低價(jià)值或負價(jià)值，電池通常是在汽車(chē)拆卸公司被拆下來(lái)，經(jīng)常是一些非常重的電池集成（重量可達200 k g ) ， 這是一個(gè)很實(shí)際的問(wèn)題。汽車(chē)公司不得不接受如何安全拆卸電池的培訓，而汽車(chē)修理廠(chǎng)、車(chē)庫和防火服務(wù)部門(mén)將必須接受在汽車(chē)電池更換、損壞和發(fā)生事故時(shí)如何安全應對的培訓。

如假定電池的平均壽命是8年，似乎汽車(chē)使用壽命應比電池使用壽命長(cháng)一些，這就會(huì )產(chǎn)生其他的重要問(wèn)題，誰(shuí)來(lái)更換尚未達到電動(dòng)汽車(chē)使用壽命的電池？更重要的是舊電池該怎么處理？

直到現在，都沒(méi)有人注意到將來(lái)回收鏈啟動(dòng)的主要作用，比如上述的原材料消費中就沒(méi)有考慮到電池再次使用和回收。正在開(kāi)發(fā)的各種技術(shù)，如濕法冶金工藝技術(shù)，把金屬熔解在熔池里以便回收它們。誠然，目前最合適的回收技術(shù)是高溫冶金熔煉技術(shù)，較重的金屬沉降到熔池底部，而其他氧化物——渣則浮在頂部，鋰作為氧化鋰而留在渣中，這種氧化鋰不能再用來(lái)制造加工電池，但渣可以用來(lái)筑路。

實(shí)際上回收鋰離子電池并不是主要為回收鋰，而是回收銅、鋁、鎳和鈷。其他金屬發(fā)展趨勢是采用錳和磷酸鐵替代鈷和鎳等高價(jià)金屬、結合熔煉工藝較低的金屬收得率，整個(gè)回收工藝成本相當高，預計在2～3歐元/千克。一個(gè)電池的回收成本很容易達到200歐元。除了實(shí)際問(wèn)題和技術(shù)問(wèn)題之外，還有資金問(wèn)題也阻礙了電池回收業(yè)的興起。更明確地說(shuō)，是誰(shuí)來(lái)支付電動(dòng)汽車(chē)電池的拆卸、收集和處理費用的問(wèn)題。

目前，對電動(dòng)車(chē)汽車(chē)回收的研究已經(jīng)全面展開(kāi)，荷蘭汽車(chē)回收協(xié)會(huì )ARN下屬的分支機構ARN Advisory正在密切監控這一領(lǐng)域的發(fā)展狀況。在目前的過(guò)渡時(shí)期，采用有效燃料的柴油和復合動(dòng)力汽車(chē)仍可實(shí)現效率的大幅增加，與此同時(shí)，還有一個(gè)問(wèn)題是鋰離子電池將來(lái)是否會(huì )使用。因為鋰離子電池的安全性仍在爭論之中，且某些材料尚不能完全回收。

荷蘭汽車(chē)回收協(xié)會(huì )在進(jìn)行全面研究，以便對拆卸問(wèn)題和復合電動(dòng)汽車(chē)電池的原材料構成有更好的了解。電池的構成和數量在很大程度上決定了回收成本，這些也都成為這一研究小組日常所研究的范疇。

新技術(shù)的誕生，可能使得鋰離子并不會(huì )成為未來(lái)電動(dòng)車(chē)的主要驅動(dòng)力，例如硅空氣電池采用非常普通的原材料制成，所用的氧氣從空氣中獲得，因此它不僅使得電池重量變輕而且另一個(gè)更大的優(yōu)勢是回收這種電池不再是一個(gè)問(wèn)題，硅砂十分豐富，而且在電池報廢時(shí)不會(huì )產(chǎn)生危險物質(zhì)。鋰離子電池只是方案之一，并不是電動(dòng)汽車(chē)的唯一解決方案。