Fokus på bransjekjeden: hvordan resirkulere kraftlitium-ion-batterier?
2.1. Politikken blir forbedret, og standarden og prisen er kjernebegrensningene
In December 2016, the Ministry of Industry and Information Technology announced the "Interim Measures for the Administration of Recycling and Utilization of Power Batteries for New Energy Vehicles" (draft for comments), which clarified that automobile production companies should assume the main responsibility for the recycling and utilization of power batteries. The Extended Producer Responsibility System (EPR) refers to extending the responsibility of the producer to the entire life cycle of the product, especially the post-consumer recycling and recycling stage, requiring the producer to take responsibility for the entire life cycle of the product, and to integrate production and production. The recycling is connected in series to improve the recycling rate.
In July 2018, seven departments including the Ministry of Industry and Information Technology and the Ministry of Science and Technology jointly issued the "Notice on Doing a Good Job in the Pilot Work of Recycling and Utilizing Power Batteries for New Energy Vehicles", and decided to launch the pilot program in the Beijing-Tianjin-Hebei region, Shanxi, Shanghai, Jiangsu, Zhejiang, Anhui, Guangdong, etc. 17 regions and my country's iron towers have carried out pilot work on the recycling of new energy vehicle power batteries, and determined the corresponding goals and tasks of each pilot region, which will help to establish a relatively centralized and cross-regional recycling system. With the successive introduction of relevant policies, the power lithium-ion battery recycling system will also be accelerated to improve. The launch of the pilot work of power lithium-ion battery recycling marks that my country's power lithium-ion battery recycling has entered a stage of large-scale implementation.
In July 2020, the Ministry of Industry and Information Technology announced the "Key Points for Energy Conservation and Comprehensive Utilization of Work in 2020", requiring to promote the construction of a new energy vehicle power battery recycling system; to carry out in-depth pilot work, and to accelerate the exploration and promotion of a recycling market with strong technical economy and environmental friendliness To develop a new energy vehicle model, cultivate a group of backbone companies for power battery recycling; research and formulate the "Administrative Measures for the Echelon Utilization of New Energy Vehicle Power Batteries", and establish a product evaluation mechanism for echelon utilization; ", improve regulations, and urge companies to speed up the fulfillment of traceability and recycling responsibilities. The improvement of the evaluation mechanism and laws and regulations of the power lithium-ion battery recycling system indicates that the framework of my country's power lithium-ion battery recycling system is becoming more and more mature.
Selv om designen på topp-nivå gradvis forbedres, er dagens strømlitium-ionbatterier begrenset av følgende tre problemer, noe som gjør policyutvikling vanskeligere:
1. Målestandarden for restverdien til batteriet er vanskelig å estimere: batterikapasiteten til kraftlitium-ionbatteriet vil gradvis avta under den sykliske lade- og utladingsprosessen, og når nedbrytningen faller under 80 prosent , vil den nå pensjonisttilværelsen. For øyeblikket har SOH (State-of-helse) til kraftlitium-ion-batteriet mange betydninger, inkludert betydningen i henhold til kapasitetsreduksjonen, betydningen av det gjenværende tallet av sykluser i henhold til gjenværende utladningskapasitet, og betydningen i henhold til den indre motstanden. Derfor har beslutningstakere visse vanskeligheter med standardbestemmelsen av restverdien til kraftlitium-ion-batterier.
2. Svingninger i metallpriser påvirker økonomien ved materialgjenvinning: svingninger i metallpriser vil til syvende og sist bestemme fortjenesten og tapet på markedet for gjenvinning av kraftlitium-ionbatterier, og metallprisene påvirkes av omfattende faktorer som ressurstilgang, teknologiske fremskritt og nedstrømsmarkeder. Produksjonssyklusen, så metallpriser er den avgjørende faktoren i markeds-drevet kraftlitium-ionbatteriresirkulering, som ikke bare påvirker forretningsmodellen for kraftlitium-ionbatterier, men påvirker også effektiviteten av politikkutforming og implementering.
3. Tekniske standarder for kaskadeutnyttelse: En viktig resirkuleringsmetode for litiumjernfosfatbatterier er kaskadeutnyttelse. Faktorer som kaskadeutnyttelsesmetoder og sikkerhet har plaget utformingen av standarder. For høye standarder vil føre til at markedet for kaskadeutnyttelse krymper. Det bidrar ikke til den langsiktige-utviklingen av markedet for bruk av echelon.
Derfor må disse problemstillingene kontinuerlig oppsummeres og gis tilbakemelding i praksis for å forbedre policystandarder og forretningsmodeller ytterligere.
2.2. Gjenvinningskanaler og resirkuleringsmetoder for kraftlitium-ion-batterier
Det er forskjellige deltakere og resirkuleringsveier i resirkuleringsprosessen for kraftlitium-ion-batterier. Dette skyldes hovedsakelig forskjellene i salgsmetoder, bruksformer og eierskap mellom ulike kraftlitium-ion-batterier. For øyeblikket, i mitt land, omfatter gjenvinningskanalene for kraftlitium-ion-batterier hovedsakelig små resirkuleringsselskaper, profesjonelle resirkuleringsselskaper og offentlige resirkuleringssentre. I de siste årene, for å regulere markedet for gjenvinning av kraftlitium-ionbatterier, har landet mitt suksessivt utstedt relevante tekniske standarder for demontering og resirkulering av kraftlitium-ionbatterier:
Med henvisning til batteriresirkuleringsveiene i utviklede land i Europa og USA, påtar produsenter av kraftlitium-ionbatterier ofte et viktig ansvar for resirkulering av batterier, mens produsenter av elektriske kjøretøy og batterileasingselskaper blant de deltakende enhetene spiller en rolle i samarbeid med produsenter av kraftlitium-ionbatterier innen resirkulering. I henhold til forskjellen mellom deltakere på veien for resirkulering av strømlitium-ionbatterier fra forbrukere til produsenter av strømlitium-ionbatterier, kan den teoretisk deles inn i tre resirkuleringsruter.
Den første resirkuleringsruten er å resirkulere brukte litium-ionbatterier gjennom elbilforhandlere. den andre resirkuleringsruten er å resirkulere gjennom batterileasingselskaper, og avfallskraft litium-ionbatterier strømmer til slutt til produsenter av litium-ionbatterier gjennom de to ovennevnte resirkuleringsrutene (Noen produsenter kan også i fellesskap danne en produsentallianse) for resirkulering; den tredje resirkuleringsveien flyter til slutt til tredjeparts-resirkuleringsselskaper, men tredjeparts-resirkuleringsselskaper er avhengige av selv-etablerte strømuttak for litium-ionbatterier.
Spesifikt, i henhold til de tre resirkuleringsrutene ovenfor, med referanse til omvendt logistikk-teori, kan forskjellige resirkuleringsruter for strømlitium-ionbatterier etableres. Gjenvinningsmodusen til produsenter av kraftlitium-ionbatterier representert av Japan (inkludert elbilforhandlere og batterileasingselskaper), og resirkuleringsmodusen til industriallianser representert av europeiske og amerikanske land (power lithium-ion batteriprodusenter danner i fellesskap en resirkuleringsallianse) og tredjeparts-resirkuleringsmodus. Når det gjelder forskjellige typer selskaper, på grunn av forskjellene i selskapets nåværende situasjon, bør forskjellige resirkuleringsveimoduser velges i henhold til den faktiske situasjonen for å maksimere fordelene.
2.2.1. Kaskadeutnyttelse og metallgjenvinning av litiumjernfosfatbatterier
Det er to hovedutnyttelsesmetoder etter gjenvinning av litiumjernfosfatbatterier: kaskadeutnyttelse og resirkulering ved demontering. Disse to metodene er ikke gjensidig utelukkende, men komplementære. Kaskadeutnyttelsen av brukte batterier refererer til prosessen der kraftlitium-ionbatterier kan fortsette å brukes i passende arbeidsstillinger ved å reparere, montere eller reprodusere når de når den beregnede levetiden, og denne prosessen er vanligvis samme nivå eller nedgradert applikasjon. form.
The dismantling and recycling of used batteries mainly refers to the dismantling of used batteries through chemical, physical or biological means and recycling of the available resources. In February 2017, the "Interim Measures for the Administration of Recycling and Utilization of New Energy Vehicle Power Batteries" issued by the state mentioned that battery production companies are encouraged to cooperate with comprehensive utilization companies. Carry out multi-level and multi-purpose rational utilization of waste power batteries.
Avfallslitiumjernfosfatkraftlitium-ionbatteriet resirkuleres først i en kaskade, og deretter demontert og resirkulert, noe som vil maksimere verdien av batteriet etter dekommisjonering. Ytelsen til det kraftfulle litium-ion-batteriet vil avta med økningen i antall bruk, men når det kraftfulle litium-ion-batteriet ikke kan oppfylle bruksstandarden for elektriske kjøretøy og er pensjonert, vil ytelsen være (batterikapasitet) synker ofte bare til 80 prosent av den opprinnelige ytelsen. Når batteriytelsen fortsatt opprettholdes på 80 prosent -20 prosent , kan de utrangerte litium-ion-batteriene brukes i feltene elektriske kjøretøyer med lav effekt, energilagring i nett og energilagring i hjemmet i sin tur etter relevant testing og evaluering. Og når batteriytelsen synker til 20 prosent, kan den kasseres.
Under de nåværende forholdene er det fortsatt store problemer i teknologien og markedet for kaskadeutnyttelse av utrangerte litium-ion-batterier.
(1) Fra et teknisk synspunkt følger kraftlitium-ion-batterier og energilagringsbatterier forskjellige tekniske standarder, og energilagringsfeltet har høye krav til temperaturytelsen til batterier, mens delvis pensjonert kraftlitium{{ 2}}ion-batterier oppfyller kanskje ikke brukskravene til energilagringsbatterier. Etableringen av en prediksjonsmodell for batterilevetid basert på analysen av kapasitetsreduksjonsmekanismen er ikke perfekt, noe som resulterer i vanskeligheter med å evaluere og oppdage gradientutnyttelse av utrangerte litium-ionbatterier.
(2) From the market point of view, the establishment of a reverse logistics system for cascade utilization is more complicated, and there are many links involved. It is more complicated than direct physical, chemical, and biological dismantling and recycling, and consumers' psychological acceptance of cascade utilization batteries is relatively high. Low.
Sammenlignet med echelon-utnyttelse er demontering og resirkulering av utrangerte litium{0}ionbatterier relativt moden i teknologi. Avfallskraft litium-ionbatteribehandlingsteknologi kan deles inn i fysiske, biologiske og kjemiske metoder; fysiske metoder inkluderer knusing av flotasjonsmetode og mekanisk slipemetode, men separasjonseffektiviteten er ekstremt lav, og gjenvinning av verdifulle metaller krever generelt en oppfølgingsbehandlingsprosess; Biologiske metoder utnytter mikrobiell katabolisme for å oppnå selektiv utvasking og gjenvinning av metallioner, men biologiske metoder er i utgangspunktet fortsatt på nivå med laboratorieforskning og har en viss avstand fra store-applikasjoner.
De vanlige metodene for demontering og resirkulering er i utgangspunktet kjemiske metoder, inkludert tre behandlingsprosesser, brannbehandling, våtbehandling og elektrodereparasjon og regenerering. Brannbehandling er en relativt primær avfallsbehandlingsmetode. Det viktige prinsippet er at høy-temperaturforbrenning av batteriet etter demontering eller knusing gjør at det organiske materialet i batteriet brytes oksidativt ned, og metallelementene i elektrodematerialene og emballasjematerialene omdannes til stabile metalloksider. Separer deretter og resirkuler. Det er mange relaterte undersøkelser om våtbehandlingsteknologi. Det viktige prinsippet er å bruke sur løsning og alkaliløsning for å løse opp elektrodematerialet, og deretter realisere separasjonen og rensingen av hvert element i væskefasen. Elektrodereparasjons- og regenereringsprosessen er en behandlingsprosess som har dukket opp de siste årene. Elektrodematerialene i avfallslitium-ionbatterier demonteres og separeres og behandles med elektrokjemiske eller fysisk-kjemiske metoder for å gjenopprette deres skadede struktur og elektrokjemiske ytelse, slik at materialet kan brukes igjen til bruk eller som en forløper for klargjøring av nye elektrodematerialer.
2.2.2. Katodematerialgjenvinning og regenerering av ternært batteri
For tiden er den tekniske ruten for gjenvinning og regenerering av ternær katodemateriale hovedsakelig delt inn i følgende to former:
Fysisk reparasjon og regenerering. For ternære katodematerialer som bare mister aktivt litiumelement, tilsettes litiumelementet direkte og repareres og regenereres ved høy-temperatursintring; for katodematerialer med alvorlig kapasitetsforringelse og overflatekrystallstrukturendringer, utføres hydrotermisk behandling og kortvarig-høy-temperatursintring. regenerering;
Det er tre hovedmetoder for metallurgisk resirkulering: brann, våt og bioutlekking. Blant dem har brannmetoden høyt energiforbruk, tap av verdifulle komponenter og fremveksten av giftige og skadelige gasser; den biologiske utlutingsmetoden har dårlig behandlingseffekt, lang syklus og vanskeligheter med å dyrke bakterier; i kontrast har den våte metoden høy effektivitet og pålitelig drift. , lavt energiforbruk, ingen giftige og skadelige gasser og andre fordeler, så applikasjonen er mer vanlig.
2.3. Stein fra andre fjell, resirkuleringsmodus for litium-ionbatterier i utlandet
2.3.1. USA: Gode lover om batterigjenvinning og popularisering av resirkuleringskunnskap
Gjenvinningslovene for brukte batterier i USA er gode, og systemet med relevante lover involverer føderalt, statlig og lokalt nivå. De tre nivåene av lover utfyller og regulerer hverandre, noe som gjør det amerikanske lovsystemet for batterigjenvinning perfekt, omfattende og spesifikt.
På føderalt nivå regulerer myndighetene batteriprodusenter og gjenvinningsselskaper for avfallsbatterier ved å utstede lisenser.
At the state level, most states have adopted battery recycling regulations proposed by the Battery Council International (BCI) to guide retailers and consumers by participating in pricing mechanisms for used battery recycling. For example, the New York State Rechargeable Battery Act and the California Rechargeable Battery Recycling Act require rechargeable battery retailers to recycle consumers' disposable rechargeable batteries at no charge.
På lokalt nivå har de fleste byer i USA vedtatt forskrifter for resirkulering av elektriske batterier for å redusere miljøfarene ved brukte batterier. US International Battery Council vedtok Battery Product Stewardship Act, som opprettet et gjenvinningssystem for batterier for å oppmuntre forbrukere til å samle inn og returnere brukte batterier.
There are many institutions in the United States to popularize the recycling knowledge of used batteries, and the national recycling awareness is generally strong. Take the National Battery Council International (BCI) as an example. As an authoritative third-party organization for battery recycling, the organization not only coordinates battery recycling in various states, but also details the popularization of battery recycling classification process and specifications. . BCI has a large number of documents and pictures on its official website to guide the battery recycling of individuals and companies, and, due to the different recycling methods of lead-acid batteries and lithium-ion batteries, BCI's process guidance even includes guidance for individuals and companies in recycling batteries. The distinction between lead-acid batteries and lithium-ion batteries.
2.3.2. EU: Produsentansvarssystem pluss alliansesystem
Den europeiske union var den første regionen som fokuserte på resirkulering av batterier og iverksatte tiltak. I 1991 ble direktivet om batterier og akkumulatorer som inneholder visse farlige stoffer innført, som foreskrev at disse batteriene skulle resirkuleres separat. EU startet tidlig med resirkulering av 3C-batterier og bly-syrebatterier, og har samlet mye relevant relevant erfaring. I 2006 ble politikken for behandling og resirkulering av avfallsbatterier (2006/66/EC) introdusert, og et støttesystem (utvidet produsentansvarssystem) ble dannet der produksjonsselskaper for kraftlitium-ionbatterier var ansvarlige for de viktigste gjenvinningsorgan. Blant dem, i Tyskland, er bevisstheten om produsentansvar og arbeidsdelingen for resirkulering helt klart maktkilden. Vektleggingen av resirkulering av kraftlitium-ion-batterier har fått Tyskland til å oppnå bemerkelsesverdige prestasjoner innen rettssystemet, ansvarsfordelingen og tekniske ruter for batteriresirkulering.
The integration of responsibility, obligation and law is the foundation of Germany's complete power lithium-ion battery recycling system. The German government has promulgated the Recycling Act in accordance with directives such as the Waste Framework Directive (Directive2008/98/EC), the Battery Recycling Directive (Directive2006/66/EC), and the End-of-Life Vehicle Directive (Directive2000/53/EC). , "Battery Recycling Law", "Scrap Vehicle Recycling Law" and a series of relevant recycling laws.
Under begrensningene i det relevante juridiske rammeverket har resirkuleringssystemet for avfallsbatterier i Tyskland en klar arbeidsdeling. Produsenter, forbrukere og gjenvinnere i industrikjeden har tilsvarende ansvar og forpliktelser. Batterier produsert eller importert av batteriprodusenter må registreres hos myndighetene, nedstrømsdistributører er ansvarlige for å bygge et batterigjenvinningsnettverk, og brukere er også forpliktet til å returnere brukte batterier til de tilsvarende gjenvinningsbyråene.
In addition, Germany places great emphasis on the "extended producer responsibility system" in power recovery. For example, Volkswagen, BMW and other new energy vehicle manufacturers actively recycle used batteries. Among them, BMW is committed to realizing the power lithium-ion battery value chain by establishing an industrial closed loop. In this value chain, from battery production raw materials, battery research and development, battery production, battery installation, to battery recycling to obtain valuable battery production raw materials , forming a closed loop to maximize the value of power lithium-ion batteries.
At the same time, BMW has also cooperated with Umicore, Vattenfall, Bosch, NextEra, etc. to explore the cascade utilization of retired power lithium-ion batteries in energy storage systems. BMW has successfully achieved energy storage grid stabilization by using the waste power lithium-ion batteries of the BMW i3 and MINIE prototypes. A total of 700 BMW i3 batteries are stored at its energy storage yard at the BMW Group's Leipzig plant, demonstrating that at the end of a car's battery life, profits can be made by giving the batteries a second life (as part of a sustainable energy model) .
2.3.3. Japan: Recycling mode of power lithium-ion battery under the development of "preparing for a rainy day"
Påvirket av mangel på råvarer, er Japan en global leder innen resirkulering av brukte batterier. Resirkulering av batterier i Japan
