電動(dòng)汽車動(dòng)力電池回收的挑戰(zhàn)

未來十年，全球的汽車運(yùn)輸習(xí)慣將可能出現(xiàn)重大改變，電動(dòng)汽車或?qū)⒈黄毡檎J(rèn)可使用，報(bào)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(qiáng)勁地發(fā)展，但還未獲得有關(guān)方面的足夠重視。

有預(yù)測(cè)表明， 未來電動(dòng)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(dòng)汽車模型，但全球范圍內(nèi)，第一代真正意義上的電動(dòng)汽車在2012年之前不會(huì)大量投入市場(chǎng)。因此第一代電動(dòng)汽車使用的電池將不會(huì)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(dòng)汽車將會(huì)完全被公眾所接受。

據(jù)全球知名的專業(yè)機(jī)構(gòu)——普華永道（PWC）預(yù)測(cè)，到2020年，全球制造的汽車將有5 % 為電動(dòng)汽車。更有甚者， 法國(guó)雷諾- 尼桑公司首席執(zhí)行官Carlos Ghson認(rèn)為，2020年全球制造的電動(dòng)汽車將達(dá)到10%左右，但電動(dòng)汽車發(fā)展之箭已經(jīng)上弦，無法阻擋。

荷蘭政府正在鼓勵(lì)電動(dòng)汽車的發(fā)展，并希望該國(guó)在電動(dòng)汽車的發(fā)展方向上走在世界的前列，而對(duì)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(dòng)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(shù)等問題。

電動(dòng)汽車是汽車未來發(fā)展方向。現(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(rèn)為是現(xiàn)代電動(dòng)汽車應(yīng)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(yùn)用領(lǐng)域迅速拓展。它具有高電化學(xué)電勢(shì)，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(jī)、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(duì)鋰需求的增加，主要是因?yàn)殡妱?dòng)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(chǔ)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(guó)（在Salar De Atacama鹽礦），而玻利維亞擁有最大的儲(chǔ)量（見表1）。

據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的研究數(shù)據(jù)：全球鋰儲(chǔ)量為1100萬噸，通過比較，2008年鋰產(chǎn)量達(dá)到27400噸，而碳酸鋰和氧化鋰年萃取量約為80000噸，相當(dāng)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?yàn)槠洳Ａ咏Y(jié)構(gòu)，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（簡(jiǎn)稱PHEV）電池平均具有20千瓦時(shí)的能量。如果2020年全球汽車銷量達(dá)到7000萬輛，以其中5%為電動(dòng)汽車或復(fù)合電動(dòng)汽車計(jì)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(fèi)數(shù)量。

因?yàn)樾枨笤鲩L(zhǎng)，鋰價(jià)格也將持續(xù)上漲，所以很難萃取的鋰礦也有了經(jīng)濟(jì)利益。玻利維亞已經(jīng)在計(jì)劃建設(shè)年產(chǎn)能30000噸的鋰廠，可能會(huì)有更大的生產(chǎn)潛力。按現(xiàn)有儲(chǔ)量規(guī)模，除非電動(dòng)汽車數(shù)量有爆炸性增長(zhǎng)，鋰的生產(chǎn)將能保障未來汽車工業(yè)的需求，預(yù)計(jì)可以滿足未來200年之用。

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

過去10年，稀土元素全球消費(fèi)量增長(zhǎng)超過了3倍，達(dá)到近12.5萬噸。

目前，電池收集仍是一個(gè)尚未得到足夠重視的問題。由于汽車電池遭遇低價(jià)值或負(fù)價(jià)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(dá)200 k g ) ， 這是一個(gè)很實(shí)際的問題。汽車公司不得不接受如何安全拆卸電池的培訓(xùn)，而汽車修理廠、車庫和防火服務(wù)部門將必須接受在汽車電池更換、損壞和發(fā)生事故時(shí)如何安全應(yīng)對(duì)的培訓(xùn)。

如假定電池的平均壽命是8年，似乎汽車使用壽命應(yīng)比電池使用壽命長(zhǎng)一些，這就會(huì)產(chǎn)生其他的重要問題，誰來更換尚未達(dá)到電動(dòng)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(dòng)的主要作用，比如上述的原材料消費(fèi)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(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制造加工電池，但渣可以用來筑路。

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(shì)是采用錳和磷酸鐵替代鈷和鎳等高價(jià)金屬、結(jié)合熔煉工藝較低的金屬收得率，整個(gè)回收工藝成本相當(dāng)高，預(yù)計(jì)在2～3歐元/千克。一個(gè)電池的回收成本很容易達(dá)到200歐元。除了實(shí)際問題和技術(shù)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(dòng)汽車電池的拆卸、收集和處理費(fèi)用的問題。

目前，對(duì)電動(dòng)車汽車回收的研究已經(jīng)全面展開，荷蘭汽車回收協(xié)會(huì)ARN下屬的分支機(jī)構(gòu)ARN Advisory正在密切監(jiān)控這一領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r。在目前的過渡時(shí)期，采用有效燃料的柴油和復(fù)合動(dòng)力汽車仍可實(shí)現(xiàn)效率的大幅增加，與此同時(shí)，還有一個(gè)問題是鋰離子電池將來是否會(huì)使用。因?yàn)殇囯x子電池的安全性仍在爭(zhēng)論之中，且某些材料尚不能完全回收。

荷蘭汽車回收協(xié)會(huì)在進(jìn)行全面研究，以便對(duì)拆卸問題和復(fù)合電動(dòng)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(shù)的誕生，可能使得鋰離子并不會(huì)成為未來電動(dòng)車的主要驅(qū)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(shì)是回收這種電池不再是一個(gè)問題，硅砂十分豐富，而且在電池報(bào)廢時(shí)不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)物質(zhì)。鋰離子電池只是方案之一，并不是電動(dòng)汽車的唯一解決方案。