锂电池定制16年-动力锂电池系统解决方案商

 

在这篇文章中，我们主要解释了锂电池的回收利用，以及锂离子电池的维修、再制造和再利用（第二寿命）。铅酸电池在废旧电池回收技术和行业中已经相当成熟，而锂离子电池仍处于初级阶段。

锂离子电池没有回收要求或规定。锂离子电池的再利用仍处于初级阶段。由于不同的锂电池组具有不同的特性和模块结构，因此很难匹配不同的模块或电池进行二次利用。

此外，随着锂电池价格的下降，例如，美国能源部和美国先进电池联盟将锂离子电池的价格目标分别设定为每千瓦时100美元和150美元，这将使锂电池回收利用没有足够的经济价值。

然而，按照目前的价格趋势，这还需要一段时间，因此锂电池回收在短期内是可行的。从资源角度来看，锂电池回收再利用是锂离子电池行业和电动汽车/储能行业可持续发展的必由之路。

尽管缺乏回收标准，但市场上的锂离子电池数量仍然很少。尽管近年来电动汽车性能强劲，严重依赖锂离子电池，但它们使用的电池仍处于使用寿命的早期阶段，这意味着它们可能需要五年或更长时间才能报废、回收或重新制造以供重复使用。

尽管锂离子电池组正处于商业应用的早期阶段，但市场上仍有一些电池处于回收阶段。

 

锂离子电池才刚刚开始使用，而且有很多nimH电池即将报废，这促使一些制造商建立电池回收和再利用的基础设施。这也可以为未来锂电池的回收利用提供经验。

锂电池回收的价值主张不是很好，尤其是在重复使用电池方面。但可以想象的是，与铅酸电池一样，未来汽车用锂离子电池的价格包括其“潜在价值”的一部分（可以解释为电池寿命结束时的价值）。

从本质上讲，这代表了客户对电池初始寿命结束的期望回报。车主在安装铅酸电源启动汽车时也有同样的想法。

未来，对于制造商和经销商来说，这可能是一种有趣的商业模式：例如，制造商可以扣除这个“潜在价值”，以降低电池的价格，但前提是与客户达成协议，电池在使用寿命结束时将退还给经销商。

 

为了做好锂电池的回收和再利用，特别是在产品的早期阶段，回收厂必须遵守行业专家总结的4R，即维修、再制造、翻新和再利用。与原始电池一起回收。

现在回收工厂面临着许多问题。一个是当产品被回收用于再制造时出现的法律问题。当电池组在重新制造和使用后出现故障时，谁来保修？电池组的原始制造商、回收厂还是电池组的用户？

因此，妥善处理回收过程中的法律问题，有利于锂电池回收的顺利进行。

 

锂电池回收和再利用：维护和再制造

电池维修和再制造在回收过程中经常被忽视，但它们确实是电池服务业最重要的两个方面。一些大型电动汽车制造商有大量的售后服务基地，但小型公司和电池制造商没有。

因此，形成一个良好的售后服务行业，可以为电池行业提供保修、维护等服务。它还可以帮助一些公司减少对售后业务的投资，专注于他们所擅长的领域。

维修和售后服务也面临许多问题，例如需要保持一定的库存。损坏或部分失效的电池被转移到电池服务和维修厂，使电池定期充电和放电，进一步巩固电池循环的稳定性。

例如，锂离子电池往往会失去容量。为了避免永久性的容量损失，需要定期充电和放电，这在售后维修工厂可以很容易地完成。

 

锂电池回收再利用：清洁、再利用和二次生命

尽管如此，锂电池的回收和再利用是有希望的，使用回收材料可以降低成本。在设计电池组时，大多数制造商将首次使用寿命定义为电池容量和功率衰减到初始值的80%。

 

 

例如，日产聆风电池组的总容量为24kWh，当其达到80%的容量时，即约19.2kWh时，其第一寿命结束。此时，电池组的满充能量为19.2kWh，放电仅使用80%，即约15kwh的可用能量。

如果电池组的一个模块被拆卸、清洁并重新安装到另一个模块中，它可以在几年内继续提供低电池容量。

目前，锂电池回收再利用的棘手问题是没有电池芯的标准。不同的电池制造商生产不同的电池，不同的模块需要不同的电池。每个电池都有不同的化学系统，这使得很难匹配不同的电池模块进行重复使用。

此外，许多锂离子电池制造商将电池焊接到模块中，几乎不可能更换电池内的电池，整个模块要么被使用，要么被回收。

在电池的第二生命过程和电池价值链开始时，电池能量衰减到总能量的80%。如下图所示，电池二次寿命价值链在其第一个寿命结束时，将由电池服务中心从动力车上移除，并转移到工厂进行锂电池回收和再利用。

 

一旦对电池的容量、电压和运行性能水平进行了评估和测试，电池就会发生故障，其各种部件（塑料、金属等）会被转移到不同的回收线。对模块进行拆解，并对电池进行表征和测试。

如果将模块焊接在一起，则将直接表示测试。如果这两个模块不符合最低性能标准，它们将被直接送到回收处。如果是这样，电池会根据容量分为不同的组，然后重新组装，开始电池的第二次使用寿命。

当重复使用锂离子电池单元或模块时，最重要的事情之一可能是对其进行表征。电池组的整体容量和能量受到电池组中能量和容量最低的电池的限制。

类似地，当电池和模块被重新组装时，电池组的最终性能受到性能最低的电池的限制，因此希望模块中的电池在电压和容量上接近匹配。另一方面，电池模块和电池需要根据老化标准进行匹配。

较低容量的电池会降低电池组的最终容量，而较长的电池或模块寿命将限制新电池组的寿命。因此，在评估电池和模块的二次寿命时，不仅需要考虑容量匹配，还需要考虑电池健康状态（SOH）匹配。

同样的规则也适用于电池组：不能将70%的健康电池或模块与100%的健康电池组组装在一起。例如，在电池组中，如果在90%的健康电池组中添加70%的健康模块，则较低的健康模块将首先发生故障，从而破坏其他模块——理论上，电池寿命由最差的电池或模块决定。

因此，在组装或重新组装模块时，最好选择具有相同容量和健康状态的电池或模块。

 

除此之外，如今锂电池回收和再利用面临的两个最大问题可能是电池采购和翻新成本。由于电动汽车的数量仍然很少，而且每年的销量有限，因此没有足够的电池进行维修和重复使用。

也无法预测每年有多少电池会流入回收市场，因为运营中的电动汽车的寿命仍然未知，预计寿命结束仍然遥遥无期。截至2014年，雪佛兰Volt和日产Leaf电动汽车的使用年限仅为四年，仍需要四到六年才能达到保修期。

我们假设保证期与第一次电池寿命相同。随着新型电动汽车不断进入市场，需要维修或回收的电池组数量将稳步增加。但进入回收阶段的电池组仍然很少。

电池清洁成本也是锂电池回收再利用行业的瓶颈问题。电池清洁考虑了将电动汽车运输到维修厂、测试、再制造和重新组装，以及非维护成本、保修和利润率。

 

 

目前，只有少量电池进入了重复使用市场，而且电池的非维护成本相对较高，而且是分期支付的，因此初始成本非常高。虽然这比购买新电池便宜，但除非电池数量大幅增加，否则这仍然是一笔巨大的费用。

 

锂电池回收合作

一些汽车制造商已经在与锂电池回收和维修公司合作，重新使用经过初步测试的电池。通用汽车和日产已经有了类似的合作伙伴关系。

2012年，通用汽车与ABB合作，重新组装雪佛兰Volt电池组，为汽车提供两小时的额外电力，他们还在一系列电网和固定储能设备中使用该技术。

同样，日产汽车公司（Nissan Motor Co.）与住友商事株式会社（Sumitomo Corp.）的4R能源回收合资企业4R打算整合太阳能，通过使用大规模电网为电网提供稳定的可再生能源供应。

一些大学还建立了储能系统的第一生命和第二生命示范项目。除了建设最大的燃料电池项目、30kW太阳能存储和液流电池设施外，加州大学圣地亚哥分校最近还增加了一个锂高亚电池项目，包括锂离子电池第二生命项目。该项目为电动汽车的二次电池提供耐久性测试。

目前，只有少数公司参与锂电池回收、维修、再制造和清洁4R，包括ATC新技术的子公司Spiers新技术。

Spiers新技术主要从事高压电池系统和模块的维护和清洁、高压电池组从制造商到商家的退货物流、电池等级分析、电池再制造和二次匹配、不同等级的二次生命电池市场和锂电池回收准备。

Sybesma的电子公司致力于类似的锂离子电池4R。Sybesma’s最初是一家电动汽车和电子产品的维修公司，现在也提供镍基电池和锂电池的回收、清洁和维修服务。

这两家公司在美国创建了一个二次生命活动行业，如锂电池回收、维修、清洁。如果政府法规能够指导锂电池的回收和再利用，锂电池回收厂将以更健康的方式发展。

 

 

锂电池回收和再制造

锂离子电池和电池组含有多种可回收材料，包括锂、钴、锰、镍、铜、钢和塑料。然而，没有激励或监管激励公司收回电池，市场对资本投资也没有效率。

因此，许多电池和电池组制造商正在自行处理问题，将锂电池的回收，如电池组件的回收，甚至整个电池组的回收，留给其他专业公司。

锂离子电池中贵金属的回收需要大量的能源，所收集材料的价值无法覆盖回收过程的消耗。目前开发的方法，如贵金属的高温或低温提取，可以有效地分离电池组件。

在高温下，电池熔化，组成材料分离。钴、镍和铜在这个过程中可以被回收，而锂、铝、锡和锰通过炉渣分离，炉渣经过精炼后仍然消耗大量能量。

一些回收材料可以提炼并用于电池，而另一些材料还不足以用于电池，但可以用于其他应用。在低温锂电池回收方法中，电池被深度冷冻和压碎后，材料最初通过一系列过滤和振荡分离。

低温加工比高温加工能耗更低，但需要对材料质量进行测试和评估，以确定其是否可以用于电池领域。如果没有，这种材料只能用于其他领域或简单地回收。

第三种锂电池回收方法是物理分离。对于磷酸铁锂、钴氧化物锂、锰氧化物锂和三元系统等单电池系统，手动处理虽然效率低下，但可以通过电解液、负极材料甚至正极材料重新进入电池价值链，其余材料被回收。

锂电池回收的一个挑战是区分锂电池系统和材料。关于利用铅酸电池回收原理回收锂电池的报道很多。这不是一个好主意。混合使用这两种类型的电池可能会引发火灾。

这就是为什么一开始给锂离子电池贴标签很重要，汽车工程师协会已经制定了一些锂电池回收和标签标准。随着锂电池回收量的不断增加，建立锂电池回收工厂和运营商的安全标准变得越来越重要。

锂电池回收中另一个值得讨论的话题是如何在回收过程中找到有价值的材料。锂电池回收利用的价值与材料的价值直接相关。

锂离子电池中的镍和钴的价格更高，回收价值更高，而磷酸铁或锰锂的价格更低，因此花费高成本回收低价值材料是得不偿失的。只有当回收材料的价值高于回收过程的成本并低于新材料的成本时，锂电池的回收才是经济的。

 

 

世界上有两家公司在锂电池回收方面投入了大量资金。Umicore是一家全球性材料公司，是锂电池回收行业的领导者。该公司已在德国和比利时的工厂进行了大量投资，并准备进一步扩大锂电池回收行业。

在美国，能源部正在向Toxco提供950万美元，以扩大俄亥俄州的锂电池回收行业，该行业已经拥有电动汽车铅酸和镍氢电池的回收工厂。Toxco也是北美电池回收市场的领导者。

目前，这两家公司是锂电池回收行业的龙头企业，在未来的锂电池回收产业中处于有利地位。