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專利助力鋰電池回收變廢為寶
  • 作者:云信知產ME
  • 發表時間:2019-06-13
  • 來源:中國知識產權報
  • 瀏覽次數:0

 近年來,隨著新能源汽車行業的迅猛發展,作為動力電池的鋰電池的生產量也呈現井噴式增長。鋰電池的壽命約5年至7年,由此也孕育著巨大的鋰電池回收市場。據中商產業研究院報告顯示,我國從廢舊鋰電池中回收鈷、鎳、錳、鋰、鐵和鋁等金屬所創造的市場規模預計在2020年將超過100億元,2023年可達250億元。

  從市場上看,目前廣泛應用的鋰電池,主要是鋰離子電池,根據正極材料的不同可劃分為錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池。對于不同種類的鋰電池,所采用的回收方式是存在差異的,如磷酸鐵鋰電池含有的金屬僅為鋰,雖然直接回收鋰的價值不高,但是其循環性能和穩定性較好,可以先采用梯度利用的方式充分利用之后再進行報廢回收;而三元鋰電池含有鎳、鈷、錳等高價值金屬,但是循環性和安全性較差,不適用于梯度利用,而可直接報廢處理進行資源化轉化。本文基于專利文獻的分析,探究廢舊鋰電池回收利用的發展,以期為相關企業提供參考。

  國外起步早 核心技術多

  鋰離子電池誕生于20世紀70年代,進入上世紀90年代后才開始商用。由于早期鋰電池主要是以紐扣等小型電池的方式使用且使用量較少,回收價值較低,回收方式與其它電池類似,進行物理拆解后采用酸等提取。因此,在這一階段,關于鋰電池回收的專利申請較少,全球年專利申請量在20件左右,主要采用濕法冶金提取高價值金屬。

  2009年以后,隨著電動汽車和電子產品的大量使用,鋰電池的使用量呈現劇增態勢,與鋰電池回收相關的年專利申請量也增至近百件。日本的住友金屬、日礦金屬、豐田,比利時的優美科,德國的默克,韓國的地質資源研究院以及包括中國在內的全球主要鋰電池市場的多家企業紛紛投身于鋰電池回收利用的研究,相關專利申請涉及廢棄鋰電池的前處理、正極材料的分離、有價值金屬的提取、電解液處理等鋰電池回收的各個環節。

  不同企業的電池回收技術是不同的,以日本住友金屬為例,作為特斯拉和豐田汽車電池的正極材料供應商,其早期主要采用高溫焙燒結合粉碎、篩選等干法冶金方式回收鋰電池電極中的鎳、鈷。不過,由于這種處理能耗較高且不易于回收鋰、鋁等金屬,因此住友金屬開始采用濕法處理方式回收鋰,并對提取劑進行了研究。而另一家日本企業,日礦金屬主要對濕法冶金進行研究,采用溶劑提取將鋰電池廢料中的鎳、鈷、錳、銅、鐵、鋁以及鋰等進行高效分離回收。

  2013年以后,國外企業的相關研究更傾向于提高電池回收利用過程中的環保性和經濟性,如采用低毒甚至無毒溶劑、簡化回收工藝以及對含氟電解液的處理,回收技術上并未出現明顯的突破性進展。在產業上,電池回收企業與下游電池應用企業在電池回收方面的合作得到不斷加強,例如住友金屬與豐田,優美科與寶馬、奧迪等國際車企達成電池回收的戰略合作,促進電池材料回收的閉環運行,并且優美科等國外企業也已經開始在中國進行產業布局。

  國內起步晚 專利增長快

  國內關于鋰離子電池回收的專利申請從2001年開始提交,總體而言,呈逐年增加態勢,其中2001年至2008年間,我國相關專利申請總量較少,2009年以后相關專利申請量增幅較大,由原來的年專利申請量40多件迅速增長至400多件,且目前仍處于較快增長階段。由此可見,國內關于鋰電池回收的專利申請雖然較晚,但是發展趨勢與國外基本一致。

  與國外企業不同的是,我國企業在新能源汽車動力電池方面,前期主要以磷酸鐵鋰為主,相關專利布局主要集中在濕法冶金對廢棄鋰電池進行回收利用方面,而對于干法冶金、電池的放電和拆解等前處理工藝以及電解液的回收利用涉及的專利相對較少。值得注意的是,盡管國內企業的相關專利申請總量較多,但申請人的平均專利申請量較低,并且相關專利申請集中于國內,缺乏對國際市場布局的意識。

  隨著國內企業更加追求環保低碳以及可持續發展,企業對于具有重復利用價值的鋰電池材料的回收研究意識不斷提高,如合肥國軒高科、格林美、邦普循環、天齊鋰業、比亞迪等眾多國內企業均涉及相關技術研發。值得一提的是,高校和科研院所在相關領域的專利申請數量多于企業,如中南大學、中國科學院過程工程研究所、南開大學、清華大學等。與國外企業相比,我國企業和科研院所聯合研發并提交專利申請的數量較少,這在一定程度上反映出兩者研究方向的差異以及合作方面的不足,未來有待于進一步加強企業和科研院所聯合技術研發。

  在產業上,我國業已出現了一些電池回收企業與應用企業的合作,并加快該領域技術的推廣應用,如邦普循環與寧德時代、合肥國軒高科與甘肅金川,但同時也應注意到,國內鋰電池回收真正的發展高峰期尚未到來,大部分國內企業仍處于起步階段,技術水平和產業化程度較低。筆者認為,由于磷酸鐵鋰電池不含鎳、鈷、錳等高價值金屬,單純回收鐵、鋰元素的經濟效益不高,而目前從事鋰電池回收研究的企業眾多,產業規模普遍較小,技術力量薄弱,因此在鋰電池回收市場尚未爆發之前,如何增強自身競爭力,提高回收效益,使企業生存下來可能將成為國內相關企業面臨的首要問題。

  綜上所述,無論是從產業成長,還是從鋰電池回收技術進展來看,全球鋰電池的回收利用尚處于初級階段,而隨著廢舊鋰電池的增加以及相關政策的推動,鋰電池回收在未來幾年必然會出現迅猛發展。同時,中國作為全球最大的鋰電池消費市場,吸引越來越多的國外企業參與進來,市場競爭將日益激烈。

  筆者建議,面對日益加劇的市場競爭,國內相關企業應當未雨綢繆,苦練內功,提升自身綜合實力。在技術方面,首先,提高回收廢棄鋰電池直接再生利用的能力,簡化回收工藝,降低廢舊電池的回收成本;其次,可以通過加強與高校、科研院所的技術聯合,提高有價值金屬回收率和再生產品性能,從而促進鋰電池回收利用經濟效益的提升,同時加快對于三元鋰電池回收技術的研究,提前布局三元鋰電池回收利用。而在產業方面,需要深化與下游應用企業之間的合作,拉近與再生材料目標市場的距離,完善廢舊鋰電池材料的回收再利用機制,構建鋰離子電池從研發生產、應用到回收的閉環產業鏈,另外可以拓展電池回收材料的應用領域,提高回收廢棄電池的利用價值。

67期一肖中特