汽車工業(yè)中的電池回收

鋰離子電池行業(yè)正在對研發(fā)和新生產設施進行大規(guī)模投資，這和電動汽車(EV)的開發(fā)直接相關，由此導致了電池重要化學成分的變化?；旌蟿恿﹄妱悠?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，因為這類電池具有較高的能量密度及其他優(yōu)良的性質。

一旦pHEV和EV進入大眾市場，將對電池回收行業(yè)出現巨大的影響。電池回收公司正在投資建設更大規(guī)模的回收設施，以便對從這些車輛中回收的鋰離子電池進行處理，從而為滿足未來需求做準備。當電池性能下降到車輛的容許使用水平以下時，電池可能仍然適合在電力儲存領域二次使用。

最終，電池性能不足時，要對其進行處置。對電池進行回收一方面是為了保護環(huán)境，另一方面是因為其中含有寶貴的可回收材料。電池回收的經濟誘因是電池陰極所采用鋰金屬氧化物的價值：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構的成分。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)，其中鎳化學物質的含量為33%~80%。NMC在多種裝置和電動汽車中使用。NCA在TSLA汽車的18650塊松下單元電池中使用，在其他電動汽車中還和鋰錳氧化物(LMO)混合使用。其他重要的陰極材料為LiCoO2、LiMn2O4和LiMpO4。

但所回收單元電池材料的價值因陰極組成和回收工藝而異。如今的大多數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濟研究。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使用，而且價值比其組成元素高得多，但必須保證回收材料的質量。

在技術進步的同時，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)定電池必須進行回收。我國頒布的法規(guī)規(guī)定汽車電池的回收責任由汽車生產商承擔。目前，美國沒有有關電池回收的統(tǒng)一法規(guī)，而現行法規(guī)都是由州一級制定的。預計世界各國將制定更多相關法規(guī)。

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

目前收集并回收的其他電池重要是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、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先的HEV，豐田也致力于采用NiMH電池，因為它被視為一種成熟而可靠的電池技術?？紤]到過去五年內HEV的年銷量為150萬~180萬輛而電池使用壽命為10年，要回收的NiMH汽車電池數量仍在不斷上升。

全球pHEV銷量達到25萬輛，其中，我國獨占鰲頭(份額為29%)，這是因為頒布了強有力的激勵政策。激勵政策也使我國成為電動汽車的領先市場。2016年，全球電動汽車銷量約為50萬輛，其中我國占全球55%的市場份額。業(yè)界預計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)揮著重要用途，為我們的生活供應便利，而且讓我們不再為尋找電源插座而煩惱。

但無論電池的化學成分如何，鎳在電池生產中還發(fā)揮著一種鮮為人知但十分重要的用途——和鋼結合在圓柱形電池殼和保護蓋中使用。這種鍍鎳鋼結構保證了電池電能在要時能高效地轉移到裝置中。

圓柱形電池殼強有力地保證了電池的完整性。鋼的強度可以適應充電(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的鍍鎳生產線完善了該項技術。

電鍍后對線圈進行熱處理。這種處理減小了接觸電阻，增強了后續(xù)高速制殼工序的附著力。除電氣特性外，鎳還能對電池內部的腐蝕性堿液進行良好的腐蝕防護，從而抑制了讓結構在壽命內承受巨大壓力的析氣現象。

生產電池殼時，廠商采用高速精密沖壓機通過多個拉伸工藝改變鋼帶的形態(tài)。然后，制成的電池殼被運送至全球各地的電池生產商。

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)揮了重要用途，因為它表現出優(yōu)良的焊接特性。

"雖然人們對電池習以為常，但無論怎么強調鎳和鍍鎳鋼在各類電池系統(tǒng)性能和可靠性中發(fā)揮的用途也不為過。"塔塔鋼鐵電鍍公司商業(yè)創(chuàng)新主任MarcelOnink博士說道，"如今，用于堿性電池的數量最大。但未來隨著電動汽車的強勁上升，預計這個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成分是什么，其包裝都極有可能采用鍍鎳鋼這個經過驗證的概念。"