電動汽車動力電池回收的挑戰(zhàn)

未來十年，全球的汽車運輸習慣將可能出現(xiàn)重大改變，電動汽車或?qū)⒈黄毡檎J可使用，報廢電池的數(shù)量也將大大上升。未來，電池回收利用鏈條將得到強勁地發(fā)展，但還未獲得有關方面的足夠重視。

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

據(jù)全球知名的專業(yè)機構(gòu)——普華永道（PWC）預測，到2020年，全球制造的汽車將有5 % 為電動汽車。更有甚者， 法國雷諾- 尼桑公司首席執(zhí)行官Carlos Ghson認為，2020年全球制造的電動汽車將達到10%左右，但電動汽車發(fā)展之箭已經(jīng)上弦，無法阻擋。

荷蘭政府正在鼓勵電動汽車的發(fā)展，并希望該國在電動汽車的發(fā)展方向上走在世界的前列，而對汽車電池的回收卻并沒有系統(tǒng)的想法。在本文中，將著重討論電動汽車原材料拆卸、收集、可供數(shù)量、電池類型和回收工藝技術等問題。

電動汽車是汽車未來發(fā)展方向?，F(xiàn)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(xiàn)代電動汽車應選擇的最佳材料。

鋰廣泛用于陶瓷、玻璃以及制藥等行業(yè)，近年來鋰的運用領域迅速拓展。它具有高電化學電勢，所以鋰也是熱交換的理想材料，適用于現(xiàn)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，主要是因為電動汽車數(shù)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。關于鋰萃取，重點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（見表1）。

據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的研究數(shù)據(jù)：全球鋰儲量為1100萬噸，通過比較，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(jié)構(gòu)，不太適合用于電池）。

每一千瓦時電容量需要0.79kg碳酸鋰（ 0. 15 kg 鋰） ， 而插電式混合動力汽車（簡稱PHEV）電池平均具有20千瓦時的能量。如果2020年全球汽車銷量達到7000萬輛，以其中5%為電動汽車或復合電動汽車計算，則額外需求超出55000噸碳酸鋰，這已經(jīng)超過了2010年的全球消費數(shù)量。

因為需求增長，鋰價格也將持續(xù)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，可能會有更大的生產(chǎn)潛力。按現(xiàn)有儲量規(guī)模，除非電動汽車數(shù)量有爆炸性增長，鋰的生產(chǎn)將能保障未來汽車工業(yè)的需求，預計可以滿足未來200年之用。

鋰不是唯一的“新”元素，它只是電動汽車鋰離子電池的一個成份，其他成份還有稀土元素，也在例如磁體、電子、太陽能電池、風力滑輪機和催化劑領域應用（見表2）。

過去10年，稀土元素全球消費量增長超過了3倍，達到近12.5萬噸。

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

如假定電池的平均壽命是8年，似乎汽車使用壽命應比電池使用壽命長一些，這就會產(chǎn)生其他的重要問題，誰來更換尚未達到電動汽車使用壽命的電池？更重要的是舊電池該怎么處理？

直到現(xiàn)在，都沒有人注意到將來回收鏈啟動的主要作用，比如上述的原材料消費中就沒有考慮到電池再次使用和回收。正在開發(fā)的各種技術，如濕法冶金工藝技術，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是高溫冶金熔煉技術，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制造加工電池，但渣可以用來筑路。

實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金屬、結(jié)合熔煉工藝較低的金屬收得率，整個回收工藝成本相當高，預計在2～3歐元/千克。一個電池的回收成本很容易達到200歐元。除了實際問題和技術問題之外，還有資金問題也阻礙了電池回收業(yè)的興起。更明確地說，是誰來支付電動汽車電池的拆卸、收集和處理費用的問題。

目前，對電動車汽車回收的研究已經(jīng)全面展開，荷蘭汽車回收協(xié)會ARN下屬的分支機構(gòu)ARN Advisory正在密切監(jiān)控這一領域的發(fā)展狀況。在目前的過渡時期，采用有效燃料的柴油和復合動力汽車仍可實現(xiàn)效率的大幅增加，與此同時，還有一個問題是鋰離子電池將來是否會使用。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。

荷蘭汽車回收協(xié)會在進行全面研究，以便對拆卸問題和復合電動汽車電池的原材料構(gòu)成有更好的了解。電池的構(gòu)成和數(shù)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。

新技術的誕生，可能使得鋰離子并不會成為未來電動車的主要驅(qū)動力，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更大的優(yōu)勢是回收這種電池不再是一個問題，硅砂十分豐富，而且在電池報廢時不會產(chǎn)生危險物質(zhì)。鋰離子電池只是方案之一，并不是電動汽車的唯一解決方案。