汽車工業(yè)中的電池回收

鋰電池行業(yè)正在對研發(fā)和新生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行大規(guī)模投資，這與電動汽車(EV)的開發(fā)直接相關(guān)，由此導(dǎo)致了電池主要化學(xué)成分的變化。混合動力電動汽車(HEV)一般采用NiMH電池，而插電式混合動力電動汽車(PHEV)和純電動汽車(BEV)采用鋰離子電池，因?yàn)檫@類電池具有較高的能量密度及其他優(yōu)良的性質(zhì)。

一旦PHEV和EV進(jìn)入大眾市場，將對電池回收行業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。電池回收公司正在投資建設(shè)更大規(guī)模的回收設(shè)施，以便對從這些車輛中回收的鋰離子電池進(jìn)行處理，從而為滿足未來需求做準(zhǔn)備。當(dāng)電池性能下降到車輛的容許使用水平以下時(shí)，電池可能仍然適合在電力儲存領(lǐng)域二次使用。最終，電池性能不足時(shí)，需要對其進(jìn)行處置。對電池進(jìn)行回收一方面是為了保護(hù)環(huán)境，另一方面是因?yàn)槠渲泻袑氋F的可回收材料。電池回收的經(jīng)濟(jì)誘因是電池陰極所采用鋰金屬氧化物的價(jià)值：鈷、鎳、錳及其組合，還可能含有磷和鐵。銅、鋁和鋼也是單元電池結(jié)構(gòu)的成分。電池屬性隨陰極材料而變，而且采用了多種不同的化學(xué)成分。

鋰離子電池中重要的陰極材料是鎳錳鈷(NMC)和鎳鈷鋁(NCA)，其中鎳化學(xué)物質(zhì)的含量為33%~80%。NMC在多種裝置和電動汽車中使用。NCA在特斯拉汽車的18650塊松下單元電池中使用，在其他電動汽車中還與鋰錳氧化物(LMO)混合使用。其他主要的陰極材料為LiCoO2、LiMn2O4和LiMPO4。

但所回收單元電池材料的價(jià)值因陰極組成和回收工藝而異。如今的大多數(shù)鋰離子電池都采用以氧化鈷為主的陰極，而元素鈷的回收推動了工藝經(jīng)濟(jì)研究。采用目前的方法回收含鈷量較低的電池(例如為車輛開發(fā)的很多種電池)吸引力不大，但正在開發(fā)全新回收工藝來回收陰極活性材料(包括其中所含的鋰)，這些材料可以在電池中重復(fù)使用，而且價(jià)值比其組成元素高得多，但必須保證回收材料的質(zhì)量。

在技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)，電池行業(yè)的監(jiān)管環(huán)境也在不斷變化和收緊。歐盟電池指令目前處于審查階段，其中規(guī)定電池必須進(jìn)行回收。中國頒布的法規(guī)規(guī)定汽車電池的回收責(zé)任由汽車生產(chǎn)商承擔(dān)。目前，美國沒有關(guān)于電池回收的統(tǒng)一法規(guī)，而現(xiàn)行法規(guī)都是由州一級制定的。預(yù)計(jì)世界各國將制定更多相關(guān)法規(guī)。

由于收集系統(tǒng)面臨的難題，估計(jì)目前只有10%左右的舊鋰離子電池進(jìn)入收集系統(tǒng)并最終被回收，而這些電池大多來自各種便攜式電子產(chǎn)品。

目前收集并回收的其他電池主要是NiMH電池，包括來自HEV的電池，其中含有23%鎳、4%鈷、7%稀土金屬、36%鋼、18%塑料、9%電解質(zhì)、2%其他金屬和1%聚四氟乙烯(PTFE)。豐田普銳斯是全球銷量遙遙領(lǐng)先的HEV，豐田也致力于采用NiMH電池，因?yàn)樗灰暈橐环N成熟而可靠的電池技術(shù)。考慮到過去五年內(nèi)HEV的年銷量為150萬~180萬輛而電池使用壽命為10年，需要回收的NiMH汽車電池?cái)?shù)量仍在不斷增長。

全球PHEV銷量達(dá)到25萬輛，其中，中國獨(dú)占鰲頭(份額為29%)，這是因?yàn)轭C布了強(qiáng)有力的激勵(lì)政策。激勵(lì)政策也使中國成為電動汽車的領(lǐng)先市場。2016年，全球電動汽車銷量約為50萬輛，其中中國占全球55%的市場份額。業(yè)界預(yù)計(jì)未來五年的銷量將繼續(xù)攀升，這意味著電池回收公司將在未來幾十年內(nèi)處理越來越多的鋰離子電池。

鎳和鋼在電池中的協(xié)同效益

鎳在如今市場上的很多電池系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，為我們的生活提供便利，而且讓我們不再為尋找電源插座而煩惱。

但無論電池的化學(xué)成分如何，鎳在電池生產(chǎn)中還發(fā)揮著一種鮮為人知但十分重要的作用——與鋼結(jié)合在圓柱形電池殼和保護(hù)蓋中使用。這種鍍鎳鋼結(jié)構(gòu)保證了電池電能在需要時(shí)能高效地轉(zhuǎn)移到裝置中。

圓柱形電池殼強(qiáng)有力地保證了電池的完整性。鋼的強(qiáng)度可以適應(yīng)充電(放電)期間的體積膨脹和收縮，而圓柱形鍍鎳鋼電池殼在一次性和可充電電池系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

在鋼帶的頂面和底面電鍍幾微米的鎳可以形成較低的接觸電阻。塔塔鋼鐵電鍍公司通過最先進(jìn)的鍍鎳生產(chǎn)線完善了該項(xiàng)技術(shù)。電鍍后對線圈進(jìn)行熱處理。這種處理減小了接觸電阻，增強(qiáng)了后續(xù)高速制殼工序的附著力。除電氣特性外，鎳還能對電池內(nèi)部的腐蝕性堿液進(jìn)行良好的腐蝕防護(hù)，從而抑制了讓結(jié)構(gòu)在壽命內(nèi)承受巨大壓力的析氣現(xiàn)象。

生產(chǎn)電池殼時(shí)，廠家采用高速精密沖壓機(jī)通過多個(gè)拉伸工藝改變鋼帶的形態(tài)。然后，制成的電池殼被運(yùn)送至全球各地的電池生產(chǎn)商。

除深度拉伸和電池性能中的優(yōu)良特性外，鎳還在電池裝配中發(fā)揮了重要作用，因?yàn)樗憩F(xiàn)出優(yōu)良的焊接特性。

“雖然人們對電池習(xí)以為常，但無論怎么強(qiáng)調(diào)鎳和鍍鎳鋼在各類電池系統(tǒng)性能和可靠性中發(fā)揮的作用也不為過。”塔塔鋼鐵電鍍公司商業(yè)創(chuàng)新主任MarcelOnink博士說道，“如今，用于堿性電池的數(shù)量最大。但未來隨著電動汽車的強(qiáng)勁增長，預(yù)計(jì)這個(gè)成功的組合仍將繼續(xù)發(fā)光發(fā)熱。無論電池的最終化學(xué)成分是什么，其包裝都極有可能采用鍍鎳鋼這個(gè)經(jīng)過驗(yàn)證的概念。”