第一章项目概论

1.1 项目背景

我国新能源汽车产业自“十二五”期间提升到了国家战略地位，其中纯电驱动汽车作为重点突破方向获得极大关注和投入。国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》中提出阶段性目标为：“2020年，新能源汽车累计产销量达到500万台”，“我国节能与新能源汽车产业规模位居世界前列”。国家对新能源电动汽车极为重视，不断完善政策体系促进行业良性发展。当下能源危机和环境问题已成为世界挑战，发展新型环保能源、改革新能源消耗方式也是中国面临的重大课题，发展新能源汽车为大势所趋。2017年4月三部联合印发的《汽车产业中长期发展规划》就将新能源汽车研发和推广应用被列为重点工程，且规划到2020年新能源汽车产销要达到200万辆，为完成这一目标，2018~2020年新能源汽车销量预计将维持37%以上增速（其中2018年新能源汽车销量已实现62%的增长）；规划还提出到2025年新能源汽车占汽车产销20%以上，届时新能源汽车年销量有望超过600万量

动力电池的急剧增加引发了新的问题，即动力电池的工作寿命到期后的回收再利用问题。由于种种原因（例如早期动力电池推广期间采用电池规格混乱、电池质量良莠不齐、性能有差异，行业标准执行模糊、准入门槛低）造成几年后即迎来第一个动力电池报废高峰期，随后将稳定增长相当长时间，随着时间推移将实现报废量和新增量的动态平衡。

报废电池中含有大量的战略金属有价元素，如金属镍、钴、锰、锂，金属铜、铝、以及其他化合物，如何无害化处置大量报废电池，如何有效循环利用报废电池中的有用组分，如何协同处理、深度处理报废电池回收产物向企业及科研院所提出了切实的科学技术问题。

报废电池还有部分余能，集中堆置易出现失火等安全隐患，报废电池的运输、调度也面临着巨大的政策及技术难题。由此针对废旧动力电池回收、处置以及再利用的技术开发、应用、推广成为动力电池制造及资源回收行业内一个较为紧迫的议题。未来废旧动力电池将首先在京津冀、长三角等发达地区批量出现，由于环保要求、工业成本等因素需要为每一个城市进行锂离子电池破解回收产业配套，针对处置需求提供可定制化的协同处置技术服务也尤为必要。

在此背景下，项目针对废旧动力锂离子电池开展电池多组分回收技术优化集成研究、有价元素及化合物的绿色环保浸出以及高效富集技术集成研究。项目开展后可得到废旧动力电池的自动化拆解及多组分电池材料环保回收技术方案。

1.2 项目建设意义

我国《节能与新能源汽车产业发展规划》明确提出，要制定动力电池回收利用管理办法，设定动力电池回收及再生企业准入条件。目前动力电池回收工作与新能源汽车发展不匹配，回收市场还未成形，但是随着新能源汽车产业快速成长，废旧动力电池的处置及回收利用自2015年来逐步获得环保部、工信部等部门重视并提上日程。

相对于铅酸电池和镍镉电池，锂离子电池中不含毒害大的重金属元素铬、汞、铅等，被认定为绿色能源，对环境污染相对较小，也是我国政府提倡的新能源产品。但如表1所示废旧锂离子电池中的正负极材料和电解液等对环境和人类健康仍有重要影响。美国已经将锂离子电池归为包含各类毒性物质最多的电池，具有易燃性、浸出毒性、腐蚀性、反应性的有毒有害性电池。如果将锂离子电池随意丢弃，其中含有的铜、钴、镍、锂、铝等金属以及电解液、有机溶剂和电池循环过程中产生的副产物都将对环境造成污染。比如电解液中的LiPF₆有强腐蚀性，遇水会分解产生腐蚀性的HF，燃烧时会产生P₂O₅。电解液中有机溶剂碳酸乙烯酯，碳酸甲乙酯等在自然界中难以降解，自身水解过程中会产生甲酸、甲醇以及二甲氧基乙烷等对水源、大气和土壤造成严重污染的有毒有害物质。而废旧锂离子电池中的重金属有些具有累积效应，进入食物链之后将严重危害人类健康。对废旧锂离子电池的有毒有害物质必须进行合理安全的处置，才能确保人民的生命安全和生态环境的可持续发展。

以电池制造主要的战略金属钴为例，未来5年钴金属需求预计将保持7%左右的增长率，到2020年增加到每年消耗12万余吨。若车用动力电池需求强劲，5年内会出现每年约2万吨的缺口。同时钴也是重要的战略金属，我国现在已经是全球最大的原生镍消费国，我国的镍矿产资源有限、对外依存度高。随着锂离子动力电池研发中对于高镍材料技术方向的持续推进，电池制造领域对于镍资源的需求也在快速增长。随着动力锂离子电池应用规模爆发式增长，各方面资源供应趋紧，回收及再生利用环节将显示出极大价值。实现废旧动力锂离子电池资源化回收及再生可有效减少电池制造环节需要的矿业资源开采，对于稳定资源价格、减少矿业资源对外依赖性，实现动力电 池制造-消费-回收-再制造的循环经济模式具有现实意义。

电池资源化回收及再生行业属于电池制造行业的衍生行业，完成从动力系统拆解到单体、再到原材料或电池级材料的收集。集中了冶金、材料物理、资源化工和环境等多领域的科学技术，并不是制造业的简单逆向工程，具有规模化生产、技术密集、资金密集、行业准入门槛高等特点。近年发展起来的电池资源化回收行业主要针对3C电子产品等个人消费领域的电池，回收对象主要包括了镍镉电池、镍氢电池、小型锂离子电池等。在应对几年后即将出现的成批量规模化 “退役”的动力电池回收时即将面对技术短缺、缺少示范应用、行业配套不完善等短板。

表 1：废旧锂离子电池中常用组成材料的主要化学特性和潜在环境污染

电池回收技术路线较复杂，目前常用的针对小型锂离子电池的回收技术路线包括放电、拆解、粉碎、分选；拆解后的外壳回收；分选后的电极材料进行碱浸出、酸浸出、除杂后进行萃取。本技术项目对动力电池做有针对性的技术优化、工艺固化及装备化。本项目采用技术工艺以动力电池环保拆解及整体组分回收技术为基础，采用带电拆解工艺避免传统破盐水放电繁复工艺及二次污染，同时采用机械工艺对电池芯的正极、负极以及隔膜进行拆卷分离，电极片的分离有利于对极片及集流体进行分别处理回收，实现了工艺的三废零排放；无害化处理电解液。

1.3 项目实施效益

1.3.1 社会效益

锂离子电池列为具有易燃性、浸出毒性、腐蚀性、反应性等有毒有害的电池，是各类电池中包含毒害性物质最多的电池。因此，如将废旧锂离子电池采取与生活垃圾同样的终极处理方法包括填埋、焚烧、堆肥等，其中的镍、钴、锰、锂等金属以及无机、有机化合物必将对大气、水、土壤造成严重的污染，具有极大的危害性。废旧锂离子动力电池的环保回收和资源再利用对我国持续发展新能源汽车产业具有重要意义。

本项目采用的退役锂离子电池破碎分解技术不需要大量固定用地及基础建设成本的情况下，可以实现废旧动力锂离子电池的无害化、减量化、资源化，取得显著的社会效益。

1.3.2 经济效益

锂离子电池资源化回收产物主要还是面向锂离子电池电极材料制造领域，包括了钴锂资源的盐类，Li资源的盐类等，部分原料的经济价值如表2中所示：

表 2：锂电池主要重金属含量

电池产业占据了锂消耗总量的42%。全球锂储备量到2050年将消耗掉51%。锂离子电池中所含的锂、铁、钴、镍、铜等金属80%以上可以回收再利用。随着报废电池市场逐步被打开，预计未来两年将形成动力锂电池回收大市场链，形成百亿市场价值。本项目的退役锂离子电池分解破碎工艺，对废旧动力电池进行就 地绿色消化和再生利用；能及时解决废旧电池大量堆积造成的储存问题，节约间成本，省去大量的运输成本。回收产物同时涵盖其他一些功能材料领域，可实现回收产物高值化利用，同时可有效降低企业利用原生资源制造生产的成本

第二章项目技术工艺方案及可行性

2.1项目技术工艺简介

图1 锂离子电池破解回收示意图

图2锂离子电池破解回收示三维意图

生产线简介：

如流程图1和三维图2所示，废旧电池通过输送机进入撕碎机，将电池破碎成较小的块状，便于后续工序的处理；同时废旧锂电池撕碎后可将电池与塑料外壳分离。撕碎后的块状物进入专用破碎机进行破碎，将电池内部的正负极片及隔膜纸打散，利用风机将隔膜纸与其他物料分离，隔膜纸除尘后收集回收，物料进入下一步筛选。

破碎后的物料利用输送机进入一次筛选工序，此过程可将破碎后粒径较小的正负极材料粉末筛出，输出的正负极材料直接通过输送机送至酸浸流程；粒径交大的物料在输送过程中同时磁选，将电池线路板选出，剩余物料进入研磨机再次粉碎。经磁选处理后的物料经输送机送入粉碎机，粉碎机将所有物料处理为粉末状，送入旋振筛，将剩余正负极混合粉末筛出，振动筛与气流分选组合工艺对废旧锂离子电池的正负极组成材料进行分离和回收。铜和铝可直接回收，黑粉进入下一步回收环节，经输送机直接送至酸浸流程。

在整体回收过程中产生的粉尘经脉冲除尘器收集处理，废气、氟化物及其他有机废气经过喷淋塔处理沉降，UV光解后达排放标准后排放到空气中。

图3锂离子电池破解回收设备现场图

2.2技术工艺先进性介绍

项目负责方已建成陕西省首条锂离子电池破解分选回收工业生产线，技术先进性主要体现在以下几个方面：

（1）带电拆解回收，据悉该技术为目前市面首创进入实际应用的技术，即电池可以不进行预放电直接进行带电拆解，该技术的应用不仅减少预放电工艺，减少工艺复杂性和成本，而且减少了预放电过程中废水的排放，使该条生产线真正达到三废零排放。

（2）模块化设计。该生产线进行了模块化设计，可以根据后端技术升级需求，改变相应模块技术，而不用改动整条生产线，使后期技术升级改造和扩大产能十分便利。

(3)全程负压系统。该条生产线采用全程集成化负压系统，前期主要目的在于防止粉尘和电解液泄露，后期可以接入超临界电解液回收系统，进一步实现电解液的回收。

（4）内置集成化环保设备。设备在设计过程中集成双套废气处理系统，废气经过活性炭吸附、UV光解和水喷淋系统，实现废气的达标排放。

（5）集中式收料系统。本条生产线，全程采用粉末风道输送系统，一方面减少粉尘污染，另一方面改变传统的多取料口系统，将集料口集成在一个端口，同时不同粉料出口预留有采样口，可以实时检测产品量。

2.3技术方案可行性分析

经过多年技术攻关和基础实验研究，项目负责团队获得了成套的锂离子电池破解分选技术。经过多次技术升级，目前在西安交大创新港成功调试安装了退役锂离子电池破解分选成套设备生产线，该生产线完全达到工业生产要求，锂离子电池处理量达到100公斤/小时，另可根据需求快速扩容至1吨/小时处理量。生产线可实现不同型号市售锂离子电池无选择性破解回收，回收产品有不锈钢外壳、隔膜、铜粉、铝粉和正负极黑粉。同时该设备配备有全套的废气处理设备，可实现生产线三废零排放。