雙碳是全球必須面對的，而中國是碳排放大國之一，2020年全球排放是370億噸二氧化碳，中國釋放了113億噸，位居全球第一，2023年中國占比更多，34%左右。為了實現(xiàn)雙碳，全球能源結(jié)構(gòu)都在發(fā)生非常深刻的變化：到2050年時，電力和氫能在能源消費占比中將增加至50%以上。根據(jù)目前的發(fā)展趨勢，全球發(fā)電結(jié)構(gòu)也在發(fā)生深刻的變化，目前29%是可再生能源，到2050年時可再生能源的量將會占比86%（83千億千瓦時）。可再生能源主要是太陽能和風能，對未來實現(xiàn)雙碳起著非常關(guān)鍵的作用。
中國也在積極地發(fā)展可再生能源，我國是煤炭大國，所以我們很大一部分的能量是來自于煤炭，隨著雙碳目標的實現(xiàn)，必須要轉(zhuǎn)型。從2023年來看，我國太陽能產(chǎn)能是5833億千瓦時，風能達到了8000多億千瓦時，未來太陽能占比會更大，所以發(fā)展太陽能和風能是我國實現(xiàn)雙碳目標的重要途徑，并不是唯一，但是非常重要。太陽能和風能是不穩(wěn)定不可持續(xù)的能量，要把這個能量用好用起來，儲能必不可少。
      從能量的產(chǎn)生來看，太陽能、海洋能、風能等，到用戶端要穩(wěn)定地供能，要用可移動的電源包括低空經(jīng)濟，其實低空經(jīng)濟的核心之一是能源的提供，包括5G通訊、3C產(chǎn)品等都需要穩(wěn)定的能量，所以儲能在能量產(chǎn)生、制造、利用之間起著非常重要的橋梁作用，這體現(xiàn)了電池的重要性。
      電池本身是有使用壽命的，商用車是3-5年，乘用車是5-8年，在我國大力發(fā)展新能源電車的趨勢下，2025年會發(fā)生大量電池退役。2020年中國累計退役動力電池已經(jīng)超過20萬噸，市場規(guī)模是130億，預計2025年會達到400億，2030年是1500億。從動力電池市場來看，全球電動車鋰離子電池消耗量年增長率26%，磷酸鐵鋰和三元材料的應用，低空經(jīng)濟的發(fā)展等都使電池回收市場規(guī)模進一步擴大。以特斯拉為例，一輛Model S型的特斯拉需要7104節(jié)18650電池，Model Y需要734節(jié)4680電池，把制造這些電池所需要的關(guān)鍵元素算一下，S型的電車里正極材料需要鋰8.5kg，鈷9kg、鎳48kg、鋁1.3kg，Y型的正極材料需要鋰10.9kg、鈷11kg、鎳74.6kg、鋁10.5kg，每一輛車需要這么多的關(guān)鍵元素，這些元素從哪里來？大部分是采礦，但每年鋰、鈷、鎳的資源都會增長，尤其是鎳，從2021年1.9萬噸到2025年7.1萬噸。我國關(guān)鍵元素的自產(chǎn)占比非常低，鎳鈷錳鋰的金屬礦產(chǎn)資源對外依存度已經(jīng)超過50%的警戒線，達到了70%。
       為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，減少環(huán)境影響，電池中的所有關(guān)鍵元素就一定要循環(huán)利用起來，所以資源循環(huán)利用是可持續(xù)發(fā)展的核心。從資源發(fā)展的角度，為了保證資源安全，電池回收勢在必行。2022年12月，美國Redwood Materials公司表示，將斥資35億美元制造電池回收工廠，目標是要顛覆美國電動汽車的供應鏈，為了循環(huán)可持續(xù)發(fā)展。2023年回收了10GWh電池，其中有44000噸材料用來制備10萬輛特斯拉的車，所以回收是一個非常重要的環(huán)節(jié)。從環(huán)境污染的角度來講，電池易燃易爆、安全存放難，重金屬含量高，這樣會污染土壤、水體，電解液分解也會對大氣產(chǎn)生污染，特別是含氟的電解液分解以后會產(chǎn)生氫氟酸造成污染。從環(huán)境的角度來講，動力電池回收同樣是勢在必行。
      從產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求來講，去年8月17日歐盟發(fā)布了《歐盟新電池法案》，其中一個要求是從2031年8月18日起，電動車電池、啟動、照明和點火電池等容量超過2kWh時，制備這個電池必須用到回收的關(guān)鍵元素，其中鈷16%、鋰6%、鎳6%、鉛85%，要不然產(chǎn)品沒法銷售到歐洲，到2036年要求使用回收資源比例大大增加，如果產(chǎn)品要去國際市場上競爭，必須要回收，所以電池回收非常重要。
02  電池回收現(xiàn)狀，多個環(huán)節(jié)面臨技術(shù)挑戰(zhàn)
      從鋰離子電池全生命周期價值鏈來看，電池性能會慢慢衰減，容量低于80%，但超過20%時，電池梯次利用，可延長電池生命周期。電池梯次利用的企業(yè)主要是集中在廣東和江蘇，最典型的就是格林美、安徽巡鷹、蜂巢。當電池容量低于20%，那就必須回收，可采用火法冶金、預處理后濕法冶金或直接再生等手段實現(xiàn)資源閉路循環(huán)利用。火法不需要預處理工序；濕法要預處理放電、分篩、熱解，得到黑粉再進一步得到需要的關(guān)鍵元素；直接再生最理想。
      動力電池回收包括四個方面，首先是收集，這非常重要，目前還沒有非常成熟的收集廢舊電池的辦法（格林美做了一個平臺，可以在平臺上評估價格，在最近的回收站點買回去），拿到電池以后，就要進行預處理，根據(jù)未來回收的工藝可以放電或者直接放到高爐里面，再進行回收，最后再進行材料制備得到回收產(chǎn)品。個人認為，目前深圳杰成新能源的破碎拆解做得比較好，動力電池的報廢還沒有到高潮，但生產(chǎn)廠家企業(yè)非常多，作為回收就更多，格林美、邦普是濕法冶金回收的重要企業(yè)。
      舉例來看，美國Asecond Elements也是用破碎-浸出-固液分離-去雜，再調(diào)配成三元材料所需的元素比進行沉淀，燒結(jié)變成前驅(qū)體，再做成電極材料。德國BSH公司主要是聚焦在前期，因為水冶那部分相對比較成熟，通過低溫真空干燥來收集電解液，最后得到的產(chǎn)品還是黑粉，在這個過程會收集到鋁、銅等材料。德國GRS電池基金會的技術(shù)路線跟前面基本一致，只是這個電池基金會得到黑粉以后，熱解再水冶，最后制成正負極材料。韓國JAE YOUNG TECH公司基本也是這樣的路線，包括印度，加工過程的廢液循環(huán)起來了，可以得到各種產(chǎn)品。我國兩個典型的回收企業(yè)，一是格林美，回收動力電池進行綠色智能拆解以后，放電-破碎-分選，把電解液、銅、鋁和黑粉分開，黑粉得到資源化工藝，浸出、萃取、反萃、提純，最后制成硫酸鹽，硫酸鹽再進行配比制成新材料做電池；二是邦普，類似的技術(shù)，沒有新的工藝。
      整體來講，廢舊電池回收目前的整體工藝：安全放電-多級破碎-多級篩分-制成黑粉-脫粘結(jié)劑/電解液-得到干黑粉進行酸浸-過濾-除雜-多級萃取-多級反萃-鹽類-原料配比-前驅(qū)體。這里面最大的挑戰(zhàn)是放電效率低、二次污染嚴重；電池型號多、拆解設備自動化程度非常低；破碎效率低、安全隱患大；黑粉純度低、不能直接再生；規(guī)模化再生、產(chǎn)品性能低。
      因此，個人認為目前要在這些領(lǐng)域聚焦進行研發(fā)：安全、高效、可控的規(guī)模化放電技術(shù)；精細化智能拆解技術(shù)；安全高效破碎技術(shù)；低成本物料高效分選技術(shù)；低成本綠色高效的材料再生技術(shù)。
03  “可控閃碎”“材料修復”等技術(shù)助力綠色再生
      通過電池放電，主動引發(fā)熱失控，通過電池爆炸起火的能量釋放，在過程中實現(xiàn)一步法破碎。設想把電池放在一個非常安全的大反應器里，誘發(fā)熱失控，電解液、隔膜作為反應產(chǎn)物之一就會反應，產(chǎn)生的能量就把電池沖開，可以把氣體捕集起來進行處理，得到的就是粉碎產(chǎn)品。      
      以實驗室設備來看，把電池裝進去，分好以后進行加熱，當溫度達到166度左右時，壓力增加，這就誘發(fā)了熱失控，壓力急劇增加，電解液進行反應，繼續(xù)釋放熱量，溫度繼續(xù)增加，達到最大壓力以后，慢慢衰減下來，最后會達到一個平衡的溫度和壓力，溫度大概維持在288度左右。
      操作后，電池就不是完整的電池了，過篩后就分離出銅/鋁箔、鋼殼、黑粉，這個黑粉跟傳統(tǒng)破碎的黑粉有明顯差別，傳統(tǒng)破碎的黑粉上面有粘結(jié)劑，所以分離效率非常低，通過熱失控誘發(fā)進行閃碎得到的產(chǎn)物非常地干，這就非常好，把能量利用起來了，得到產(chǎn)品也非常好。
      整個反應裝置非常完整。盡管這個過程是熱失控，但還是比較溫和的。同時，實驗人員對氣體進行了分析，里面還含有很多的氫氣，實際上在這個過程中可以制氫，當然在空氣中有很多氮，但是還有很多殘余的碳氫化合物，主要是甲烷、乙烷、乙炔、乙烯等，我們認為控制好反應過程，可以進一步轉(zhuǎn)化成氫氣。閃碎過程不僅把電池碎了，而且還可能制出氫。實驗室做完以后就做了可控閃碎中試設備，容積20升，可以放400節(jié)電池。
      相較傳統(tǒng)工藝，可控閃碎技術(shù)得到黑粉可以進行物理分離，經(jīng)過兩次分離就可以得到97%以上的正極材料粉，回收效率達到93%。這樣一個新工藝流程，通過廢舊電池的閃碎、篩分，用物理分離以后，得到正負極的材料，然后就可以開始進行修復。
       實驗室在材料直接再生方面也做了很多工作，如三元材料直接再生。三元正極材料拆下來以后報廢的主要有三個因素：一是很多鋰在廢舊材料里釋放不出來，所以容量降低了，二是經(jīng)濟結(jié)構(gòu)改變了，三是型號改變了，上面有裂縫了。那么實驗室進行再生，根據(jù)這三個失效的機理設計了這樣一個過程，用水熱的方法處理黑粉，目的是將石鋰掏空以及結(jié)構(gòu)的破壞進行部分修復，再加上碳酸鋰進行材料修復，主要是修復結(jié)構(gòu)跟形貌，修復得非常好。通過高溫以后，下面也沒有裂縫。從這里可以看出，修復以后電化學性能大大地提高，跟商用三元電極材料相比，基本就在范圍之內(nèi)。通過材料的再生，直接把廢舊利用起來，不需要浸出、提純再制成鹽等。