挪威的鋰離子電池回收廠正在建設(shè)中，最初將重點放在電動汽車（EV）電池上，但其背后的公司首席執(zhí)行官表示，未來它還將能夠處理固定式儲能系統(tǒng)（ESS）的電池。

該工廠將于今年晚些時候開業(yè)，年產(chǎn)能為8000噸EV電池模塊，由挪威材料加工公司Hydro和總部位于瑞典的鋰電池制造初創(chuàng)公司合資組建的合資公司Hydrovolt建造。

Hydrovolt首席執(zhí)行官FrederikAndresen說道，他的公司很高興能夠“適當(dāng)啟動”建設(shè)可再生動力電池回收廠。Hydrovolt旨在回收幾種類型的鋰離子電池。

合作伙伴Hydro和Northvolt已向該項目投資了1.2億挪威克朗（合1,394萬美元），建造了一座自動化程度高，可以粉碎和分類電池的工廠。Hydrovolt還從挪威政府企業(yè)Enova獲得了4,350萬挪威克朗的資金，該公司支持清潔能源和氣候計劃。電池將由Batteriretur提供，Batteriretur已從挪威各地收集和回收電池，并在Fredrikstad的新Hydrovolt工廠附近設(shè)有工廠。

Batteriretur也將運營該工廠，而Hydrovolt的運營將與Hydro和Northvolt的業(yè)務(wù)“緊密結(jié)合”：Northvolt目前正在瑞典和德國建設(shè)數(shù)十吉瓦時的電池制造能力，旨在服務(wù)于歐洲25％的發(fā)電量。鋰電池的總需求，主要包括汽車應(yīng)用，也包括固定應(yīng)用。

同時，水力發(fā)電在肥料，鋁和水電等行業(yè)中已有100多年的歷史。水電將回收和再利用電池和電池組中的鋁，Hydrovolt將從濕法冶金加工產(chǎn)生的“黑塊”中吸收鈷，鋰，錳和鎳。然后，電池制造商將重新使用這些材料或?qū)⑵涑鍪邸?/p>

去年年底，有消息顯示日本電子制造商松下與水電和挪威國有多數(shù)股權(quán)的Equinor（原挪威國家石油公司）簽署了諒解備忘錄，以研究在挪威建立“綠色電池業(yè)務(wù)”的問題。另一家新興公司FREYRBattery正在尋求在該國建立鋰電池超級工廠，并于今天表示，正尋求通過特殊目的收購公司（SPAC）在紐約證券交易所上市。

“城市采礦”對于可持續(xù)電池行業(yè)至關(guān)重要

首席執(zhí)行官Andresen告訴Energy-Storage.news，挪威是世界上電動汽車普及最快的國家之一，Hydrovolt“自然而然地從電動汽車的電池和模塊開始”。

Andresen說：“挪威將是最早有使用壽命終止的EV電池可回收利用的電池市場之一。但是我們也可以從ESS和其他應(yīng)用中回收電池，例如從我們正在建設(shè)的設(shè)施中的海運部門回收電池，并且我們還將利用可用容量從其他市場和部門采購電池。”

安德森說，人們期望儲能系統(tǒng)中電池的處理和回收“當(dāng)然會隨著時間的推移而顯著增長”。

采訪者還詢問是否可以將電池或從EV部門的電池中提取的材料用于固定式應(yīng)用，反之亦然。安德森說：“從電動汽車電池中提取的材料用于其他用途……這也是我們正在研究的領(lǐng)域。這可以是為電池生產(chǎn)提供純凈的回收材料，也可以是對電池中的某些組件進行再利用。在挪威已經(jīng)進行了一些重復(fù)利用的項目，那里有一定的潛力。”

Hydrovolt首席執(zhí)行官表示，歐盟采用新的電池法規(guī)將提高歐洲電池供應(yīng)鏈的責(zé)任感和透明度，并將引入有關(guān)材料可持續(xù)性和CO2排放的標(biāo)準(zhǔn)，這對于從一個電池中重新使用電池的總體價值主張至關(guān)重要。申請另一個。他說，該法規(guī)還將在一定程度上支持重復(fù)使用。

“從環(huán)境的角度來看，城市采礦對于確保一次又一次地使用電池內(nèi)的材料至關(guān)重要，我們的目標(biāo)是發(fā)揮自己的作用，以實現(xiàn)這一目標(biāo)，”安德森說。為了使Hydrovolt成為鋰離子電池的“一站式商店”，該首席執(zhí)行官表示，該設(shè)施可以在其他地方復(fù)制，該公司“將隨著時間的推移探索并考慮其他地點”。

我們對開始建造可再生能源電池回收廠感到非常興奮。我們將利用2021年進一步探索我們?nèi)绾螢镺EM和其他參與者提供支持，以實現(xiàn)二氧化碳友好型回收。

鋰離子電池的商業(yè)回收，包括用于第二次使用的重新包裝電池，預(yù)計將很快成為一項大生意，但到目前為止，Li-cycle在安大略省，加拿大和紐約的工廠是中國和美國以外唯一的商業(yè)回收工廠。韓國。

同時，對于歐洲的鋰電池制造業(yè)來說，已經(jīng)過去了幾天，歐盟批準(zhǔn)了29億歐元（35億美元）的國家援助資金，供成員國用于支持其國家的項目，芬蘭剛剛宣布了一項國家電池戰(zhàn)略，以利用其境內(nèi)可用的原材料。

電池回收的重要性

隨著電動汽車的普及開始爆炸性增長，曾經(jīng)為這些汽車提供動力的一堆廢舊鋰離子電池也越來越多。業(yè)內(nèi)分析家預(yù)測，到2020年，僅中國就將產(chǎn)生約500,000噸廢舊鋰離子電池，到2030年，全球每年將達到200萬噸。

如果目前處理這些用過的電池的趨勢保持不變，那么即使可以回收鋰離子電池，這些電池中的大多數(shù)也可能最終被填埋。這些流行的電源盒包含有價值的金屬和其他可以回收，加工和重復(fù)使用的材料。但是今天很少進行回收。例如，根據(jù)澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）的環(huán)境科學(xué)家NaomiJ.Boxall的說法，在澳大利亞，只有2-3％的鋰離子電池被收集起來并送往海外進行回收。歐盟和美國的回收率（不到5％）并沒有高得多。

“鋰離子電池回收還不是普遍公認的做法有很多原因，”阿貢國家實驗室的LindaL.Gaines說。蓋恩斯（Gaines）是材料和生命周期分析的專家，他說原因包括技術(shù)限制，經(jīng)濟障礙，物流問題和監(jiān)管差距。

所有這些問題都變成了經(jīng)典的“雞與蛋”問題。由于鋰離子電池行業(yè)缺乏進行大規(guī)模經(jīng)濟回收的明確途徑，因此電池研究人員和制造商傳統(tǒng)上并不專注于提高可回收性。相反，他們致力于降低成本并提高電池壽命和充電容量。而且由于研究人員在改善可回收性方面僅取得了適度的進展，因此相對較少的鋰離子電池最終被回收了。

確實得到回收的大多數(shù)電池都經(jīng)過類似于采礦業(yè)中使用的高溫熔化和提取（或熔煉）過程。這些操作是在大型商業(yè)設(shè)施（例如，亞洲，歐洲和加拿大）中進行的，需要大量能源。這些工廠的建造和運營成本很高，并且需要先進的設(shè)備來處理冶煉過程中產(chǎn)生的有害排放物。盡管成本很高，但這些工廠無法回收所有有價值的電池材料。

到目前為止，大多數(shù)改善鋰離子電池回收的工作都集中在相對較少的學(xué)術(shù)研究小組中，這些研究小組通常獨立工作。但是事情開始改變。在電動汽車和無處不在的便攜式電子設(shè)備老化之后，預(yù)計很快就會有大量的廢舊鋰離子電池驅(qū)動，新興公司正在將新的電池回收技術(shù)商業(yè)化。越來越多的科學(xué)家開始研究這個問題，擴大了新近接受過電池回收培訓(xùn)的研究生和博士后隊伍。此外，一些電池，制造和回收專家已經(jīng)開始形成大型，多方面的合作關(guān)系，以解決迫在眉睫的問題。

電池回收的好處

電池專家和環(huán)保主義者提供了回收鋰離子電池的眾多理由。回收的材料可用于制造新電池，從而降低制造成本。目前，這些材料占電池成本的一半以上。近年來，兩種最常見的陰極金屬鈷和鎳（最昂貴的成分）的價格大幅波動。鈷和鎳的當(dāng)前市場價格分別約為每公噸27,500美元和每公噸12,600美元。2018年，鈷的價格超過每公噸90,000美元。

在許多類型的鋰離子電池中，這些金屬以及鋰和錳的濃度超過了天然礦石中的濃度，使廢電池類似于高濃縮礦石。如果可以從廢舊電池中以比天然礦石更大的成本和更經(jīng)濟的方式回收這些金屬，則電池和電動汽車的價格應(yīng)會下降。

除了潛在的經(jīng)濟利益外，回收還可以減少進入垃圾填埋場的材料數(shù)量。中國科學(xué)院污染控制專家孫志表示，電池中發(fā)現(xiàn)的鈷，鎳，錳和其他金屬很容易從埋入電池的外殼中泄漏出來，污染土壤和地下水，威脅生態(tài)系統(tǒng)和人類健康。氟化鋰鹽（常見于LiPF6）在電池電解質(zhì)中使用的有機溶劑中的溶液也是如此。

電池不僅會對使用壽命產(chǎn)生負面影響，而且還可能在制造電池之前對環(huán)境產(chǎn)生負面影響。正如阿貢（Argonne）的蓋恩斯（Gaines）所指出的那樣，更多的回收利用意味著更少的原始材料的開采以及更少的相關(guān)環(huán)境危害。例如，采礦對于一些電池需要金屬處理金屬硫化物礦石，這是能量密集的并發(fā)射SOX，可導(dǎo)致酸雨。

減少對電池材料開采的依賴也可能減慢這些原材料的消耗。Gaines和Argonne的同事使用計算方法研究了這個問題，以模擬不斷增長的電池生產(chǎn)如何影響到2050年許多金屬的地質(zhì)儲量。研究人員認識到這些預(yù)測“復(fù)雜且不確定”，研究人員發(fā)現(xiàn)鋰和鎳的世界儲量足以維持電池產(chǎn)量的快速增長。但是電池制造可能會使全球鈷儲量減少10％以上。

回收鋰離子電池還可能有助于解決政治成本和弊端。根據(jù)CSIRO的一份報告，世界鈷產(chǎn)量的50％來自剛果民主共和國，并且與武裝沖突，非法采礦，人權(quán)和有害的環(huán)境習(xí)俗有關(guān)。回收電池并配制鈷濃度降低的陰極可以幫助降低對此類有問題的外國資源的依賴，并提高供應(yīng)鏈的安全性。

回收鋰離子電池的挑戰(zhàn)

正如經(jīng)濟因素可以使電池回收一樣，他們也反對這種理由。例如，原材料電池價格的大幅波動給回收經(jīng)濟學(xué)帶來了不確定性。特別是，最近鈷價的大幅下跌引發(fā)了人們的疑問，與使用新鮮材料制造新電池相比，回收或重新使用鋰離子電池是否是一個好的業(yè)務(wù)選擇。基本上，如果鈷的價格下降，則再生鈷將難以在價格上與開采的鈷競爭，制造商會選擇開采的材料而不是再生的材料，從而迫使回收商停業(yè)。對于考慮進行電池回收的公司，另一個長期的財務(wù)問題是是否使用其他類型的電池，例如Liair或其他車輛推進系統(tǒng)，例如氫燃料電池，將在未來幾年在電動汽車市場上占據(jù)主要立足點，從而降低了對回收鋰離子電池的需求。

電池化學(xué)作用也使回收變得復(fù)雜。自1990年代初索尼將鋰離子電池商業(yè)化以來，研究人員就反復(fù)調(diào)整了陰極的成分，以降低成本并提高充電容量，壽命，充電時間和其他性能參數(shù)。

一些鋰離子電池使用由鈷酸鋰（LCO）制成的陰極。其他使用鋰鎳錳鈷氧化物（NMC），鋰鎳鈷鋁氧化物，磷酸鐵鋰或其他材料。而且，在制造商之間，一種類型的陰極（例如NMC）中的成分比例可能會有很大差異。結(jié)果是，鋰離子電池包含“種類繁多的不斷發(fā)展的材料，這使回收變得充滿挑戰(zhàn)”，香港理工大學(xué)的電池回收專家梁安說。回收商可能需要按組成對電池進行分類和分離，以滿足購買回收材料的人們的要求，從而使過程更加復(fù)雜并增加成本。

電池結(jié)構(gòu)進一步使回收工作復(fù)雜化。鋰離子電池是緊湊，復(fù)雜的設(shè)備，具有各種尺寸和形狀，并且不能拆卸。每個電池均包含陰極，陽極，隔膜和電解質(zhì)。

陰極通常由電化學(xué)活性粉末（LCO，NMC等）與炭黑混合而成，并用高分子化合物（如聚偏二氟乙烯）（PVDF）粘合到鋁箔集流體上。陽極通常包含石墨，PVDF和銅箔。用于使電極絕緣以防止短路的分隔器是多孔的塑料薄膜，通常是聚乙烯或聚丙烯。電解質(zhì)通常是溶解在碳酸亞乙酯和碳酸二甲酯的混合物中的LiPF6溶液。組件緊密纏繞或堆疊，并牢固地包裝在塑料或鋁制外殼中。

為電動汽車提供動力的大型電池組可能包含數(shù)千個按模塊分組的電池。這些包裝還包括傳感器，安全裝置和控制電池運行的電路，所有這些都增加了另一層復(fù)雜性，并增加了拆卸和回收成本。

所有這些電池組件和材料都需要由回收商處理，以獲取有價值的金屬和其他材料。與之形成鮮明對比的是，鉛酸汽車電池易于拆卸，并且鉛（約占電池重量的60％）可以與其他組件快速分離。結(jié)果，這些電池中將近100％的鉛在美國被回收，遠遠超過了玻璃，紙張和其他材料的回收率。

改善回收方法

現(xiàn)階段，幾個大型的火法冶煉廠都在回收鋰離子電池。這些設(shè)備通常在1,500°C的溫度下運行，可回收被燃燒的鈷，鎳和銅，但不能回收鋰，鋁或任何有機化合物。這些設(shè)施需要大量資金，部分原因是需要處理冶煉過程中釋放的有毒氟化合物的排放。

例如，濕法冶金加工或化學(xué)浸出在中國已經(jīng)商業(yè)化地進行，它提供了一種能源密集度較低的替代方案，并降低了投資成本。這些提取和分離陰極金屬的方法通常在100°C以下運行，除其他過渡金屬外，還可以回收鋰和銅。傳統(tǒng)浸出方法的缺點之一是需要腐蝕性試劑，例如鹽酸，硝酸，硫酸和過氧化氫。

進行基準(zhǔn)規(guī)模研究的研究人員已經(jīng)確定了這些回收方法的潛在改進，但是只有少數(shù)公司在中試規(guī)模的方法上進行了回收測試。在不列顛哥倫比亞省溫哥華地區(qū)，一家美國錳廠將1kg/h的陰極廢料轉(zhuǎn)化為前驅(qū)體，制造商可以用它們來合成新鮮的陰極材料。廢料是指電池制造過程中收集到的不合格的陰極粉末，裝飾物和其他廢物。

該公司的首席技術(shù)官ZarkoMeseldzija將廢料描述為“低垂的果實”，這是一種方便使用的材料，可用于實驗，以擴大操作規(guī)模并轉(zhuǎn)向?qū)嶋H的廢電池。他解釋說，該公司的工藝依靠二氧化硫浸出陰極金屬，并且不使用鹽酸或過氧化氫。

該公司首席執(zhí)行官埃里克·格拉茨（EricGratz）表示，馬薩諸塞州伍斯特市的電池資源商正在運營一家中試工廠，該工廠每天處理鋰離子電池的速度約為0.5公噸，并正在積極努力將容量提高10倍。當(dāng)前許多回收方法會產(chǎn)生多種單金屬化合物，這些化合物必須結(jié)合起來才能制成新的陰極材料。BatteryResourcers的過程會沉淀出鎳，錳和氫氧化鈷的混合物。這種混合金屬陰極前驅(qū)體簡化了電池的制備，并可以降低制造成本。

同時，DOE的ReCell團隊正在追求所謂的直接回收方法，以無需昂貴的處理即可回收和再利用電池材料。一種方法要求用超臨界二氧化碳除去電解質(zhì)，然后壓碎電池并物理分離組分，例如，基于密度差。

原則上，經(jīng)過這種簡單的處理，幾乎所有組件都可以重復(fù)使用。特別地，因為該方法不使用酸或其他刺激性試劑，所以陰極材料的形態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)保持完整，并且材料保留了使其有價值的電化學(xué)性質(zhì)。蓋恩斯說，要實施這種節(jié)省成本的方法，還需要做更多的工作。

在伯明翰大學(xué)，ReLib團隊成員AlirezaRastegarpanah開發(fā)了機器人方法來安全，自動化地處理用過的鋰離子電池。

在伯明翰大學(xué)的ReLiB項目中，首席研究員保羅·安德森（PaulAnderson）說，研究小組發(fā)現(xiàn)了一個明顯的機會，可以通過自動化提高電池回收的經(jīng)濟效率。為此，該團隊正在開發(fā)機器人程序，以從鋰離子電池中分選，拆卸和回收有價值的材料。伯明翰的研究員艾倫·沃爾頓（AllanWalton）補充說，使用機器人設(shè)備拆卸電池可以消除工人的電和化學(xué)傷害風(fēng)險。他說，自動化還可以增強電池組件的分離度，提高其純度和價值。

盡管大多數(shù)這些策略仍處于發(fā)展初期，但對它們的需求正在增長。當(dāng)前，報廢電動汽車電池的數(shù)量很少，但即將激增。香港理工學(xué)院的安說，許多障礙阻礙了大規(guī)模的回收利用，但是“機遇總是與挑戰(zhàn)并存”。現(xiàn)在是時候大聲疾呼，認真對待回收鋰離子電池了。