3月24-25日,2023第三屆先進電池材料集群產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇在深圳開幕。
在本次論壇上,中國科學院院士、中國科學院先進技術研究院碳中和技術研究所所長、深圳理工大學(籌)材料與能源學院名譽院長成會明作《鋰離子電池材料的修復與再利用》主旨報告。
成會明表示,“要實現(xiàn)‘雙碳’目標,我認為要做好六個方面:能源生產(chǎn)低碳化、能源使用電氣化、工業(yè)過程氫能化,還有二氧化碳資源化、資源利用循環(huán)化、能源網(wǎng)絡智能化?!?/p>
(資料圖片僅供參考)
“從化石能源過渡到可再生能源,儲能技術是必不可少的,我們今天重點談談電化學儲能?!背蓵髡劦?。
根據(jù)國家電網(wǎng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院數(shù)據(jù),到2030年,新型儲能(不含儲蓄)將達到100GW,2060年達到350GW,平均儲能時長2小時。“電化學儲能未來增長量非常大,可能會遠遠大于我們現(xiàn)在動力電池的規(guī)模?!背蓵鞅硎尽?/p>
成會明談到,鋰電池是目前商業(yè)化最成功的一類電池,儲能規(guī)模比較小、電動汽車占比較大、消費類電池基本保持穩(wěn)定。電動汽車于10多年前開始大規(guī)模應用,現(xiàn)在陸續(xù)會有很多電動汽車報廢,因此帶來了很多廢舊電池,而從全球范圍來看,實際上廢棄電池的回收量是非常低的。
與此同時,鋰離子電池中存有貴金屬資源,尤其是鋰、鈷、鎳等,中國資源有限,存在被“卡脖子”的風險。2020年全球鋰資源儲量約為2100萬噸貴金屬當量,中國占全世界的5.88%左右。其他的資源分布也不均勻,中國探明儲量占比較低。
因此廢舊鋰電池的回收極為重要,既能緩解鋰電池的資源問題,確保能源戰(zhàn)略安全,也關乎新能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
目前廢舊鋰電池的常用回收方法主要有兩種:一種是火法回收,一種是濕法回收?;鸱ɑ厥罩饕遣捎梅烹姴鸾?,然后進行高溫處理,而濕法回收主要是采用化學試劑處理,金屬提煉,變成氧化物。“這兩種方法前者高能耗、高排放,后者污染比較大,總體來說流程較長。”
現(xiàn)有的回收方法均基于正極材料結構的破壞與有價金屬元素的提取,而電極材料結構穩(wěn)定,必須使用較為極端的條件,如高溫、強酸等方法破壞正極材料中的化學鍵,且提取過程冗長。
成會明總結,現(xiàn)有回收技術面臨如下挑戰(zhàn):基于結構破壞-再提取思路的濕法、火法回收方法流程長、能耗高;回收外加試劑的成本與排放不宜控制;回收產(chǎn)物應用具有局限性、經(jīng)濟性不高。
那有沒有更好的辦法呢?“省去中間環(huán)節(jié),直接合成元素,元素變成材料,從間接回收向直接回收轉變,這是我們的一個思路。”
成會明談到,“我們提出了以下的解決方法:包括回收思路直接化、回收流程封閉化、回收產(chǎn)物功能化。具體來說,分別為從單質元素向獲得化合物、間接回收向直接回收轉變;使用外源試劑向內(nèi)源試劑轉變;回收產(chǎn)物具有功能化,多樣化,高附加值化?!?/p>
成會明基于上述三個解決思路陸續(xù)開展了此方面的研究。其中包括固相燒結、水熱反應、溶劑修復、電化學嵌鋰、熔融鹽修復;試劑循環(huán)再用、電池中殘鋰的回收、石墨的回收利用、集流體的回收利用、排放物的處理處置;以及修復正極材料的功能化、正極材料合金化,用作催化劑以及負極、集流體的轉化。
會上,成會明為觀眾講解其在電池回收方面的直接回收方法以及回收產(chǎn)物功能化方面的研究。
他呼吁,建立電池回收與利用體系是一個系統(tǒng)工程,需要立法、儲運、回收技術,便于回收的電池設計、可溯源性多方面的協(xié)同創(chuàng)新,需要多學科交叉,包括材料、機械、信息等領域的協(xié)同發(fā)展。
理想的回收體系,應該是電池全生命周期可溯源、拆解分選自動化、電池材料直接再生等創(chuàng)新技術的集成。
廢舊鋰電池材料直接回收具有必要性,它也有利于資源的循環(huán)利用和環(huán)境保護。修復過后的材料又可以再用于鋰離子電池,實現(xiàn)有效利用資源,降低電池成本。最后,還可以將回收材料轉化應用到其他領域,拓展電池回收的經(jīng)濟性。
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