回收的艺术:电动汽车电池

锂离子电池是电动汽车和其他便携式电子设备使用的先进电源。随着我们以电池为动力的宇宙持续快速扩张,关于如何回收电池的问题也广受关注。它不仅仅涉及材料和组件的再利用,这个过程还涉及到不同的方法和人员。这些问题复杂、有趣但又非常重要。换句话说,它是一种艺术。正如所有其他艺术,它也要经得起检验。

EV battery recycling.

现代锂离子电池回收工艺已经相当先进,在全球范围内保持着比较高的标准。鉴于欧盟的回收法规最为严格,因此,极星将其作为基准。当我们设计电池并努力满足这些法规要求时,在所有国家/地区都应遵守相同的标准,无论当地法规是否要求更低。

目前,欧盟正在审查废旧电池的立法。新的法规将导致更严格的电池指令,并确保(欧盟市场的)电池在整个生命周期内保持可持续且安全。这些法规预计将于2023年生效。

这将给电池加工商、生产商、进口商和分销商以及消费者和回收商带来一些非常必要的压力。重点在于可追溯性和透明度,同时针对性限制电池管理系统(用于保护电池在运行期间不超出其安全极限的系统)。这也会对回收技术、材料回收、收集和使用回收材料的效率造成更大的压力。


但不仅仅欧盟在研究关于电池回收的新政策。中国工业部也发布了电动汽车电池回收设施指导方针。它们于2018年首次发布,包括生产商责任(车辆制造商本身)和可追溯性管理平台。2021年,中国出台了更多政策,其中包括一个五年计划,重点关注电动交通和循环的生命周期、电池再利用、全生命周期可追溯性管理,并加大对回收网络、可追溯性和回收技术的支持。

在北美,联邦、州和地方政府拥有处置和回收锂离子电池的权力。尽管电池管理法规越来越普遍,但并没有具体的政策来强制回收锂离子电池。这意味着各个州或地区可以制定自己的电池处置指导方针。

执行任何回收操作之前,首先必须从车辆上拆下电池。拆下之后,电池必须完全放电,以确保安全搬运。放电操作可通过热预处理、盐水浴、外部电路控制放电等不同方式进行实施。进行电池放电操作时,剩余电量在提取后送往电网或供设施内部使用,没有任何浪费。

电池放电后,即可实施回收流程的拆解部分,这需要手动完成。在这里,围绕电池的所有不同组件(如电线、连接器、冷却系统等)都会被拆除,从而暴露单片电池。暴露之后,使用机械预处理手段反复粉碎电池。粉碎操作会产生粉状混合物,然后经过筛分,得到所谓的黑色物质。黑色物质中含有钴、锂、锰、镍等矿物质,经过化学处理后可用于未来的电池制造。

通过高温冶金学方法提取矿物时,需要将整个电池(或拆解后的电池)放入1000 °C的熔炉中,生成合金、冰铜和矿渣,然后方可进行加工。另一种常用的矿物提取技术是热处理。在这里,需要将电池加热到100-500 °C,这样仅会导致很少的材料损失,并增加镍、钴和镁的提取率。该方法在机械预处理之前或之后均可实施。最后一种是湿法冶金,通常作为最后一步。通过这种方法,可以借助加入不同的溶剂(如酸性溶液)来提取纯净的物质。

有些公司仅实施初始粉碎或去电化操作。另一些公司则实施高温冶金学、热处理或湿法冶金操作。因此,有许多不同的公司参与回收循环。

目前,许多回收公司正在研究和投资于热处理和机械处理组合操作,预计这将是电池回收领域的下一个突破。这些新的电池法规还创建了一个文件,这将增加电池回收过程的透明度:电池护照。该护照本质上将是任何报废拆解方或回收方查看电池确切参数的一种方式。它是电池寿命的数字化表现形式,包括关于其矿物的信息、它们的来源、电池的制造地点以及最终如何回收。

由于电动汽车电池的寿命较长,电动汽车市场相对较新,来自消费电子产品的废物流是电池回收的重要来源。目前,每年产生的电子废物中只有一小部分得到收集和妥善回收。这些设备中的电池与电动汽车电池所含的矿物相同。回收旧电子产品中的电池不仅对环境有好处,它还将为制造未来的电池提供急需的矿物。

作为个人,可以通过回收旧电池为未来电池的制造做出贡献。作为行业,我们必须在我们的能力范围内尽一切努力,使回收过程尽可能可持续和高效。

电池回收的确是一门艺术。我们大家都可以进行鉴赏。

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