电动汽车动力电池回收的挑战

    未来十年，全球的汽车运输习惯将可能出现重大改变，电动汽车或将被普遍认可使用，报废电池的数量也将大大上升。未来，电池回收利用链条将得到强劲地发展，但还未获得有关方面的足够重视。

    有预测表明， 未来电动汽车所用电池的平均寿命为八年。尽管目前所有的主要汽车制造商都拥有其概念电动汽车模型，但全球范围内，第一代真正意义上的电动汽车在2012年之前不会大量投入市场。因此第一代电动汽车使用的电池将不会在2020年前冲击电池回收工业，专家们相信在这一年里，电动汽车将会完全被公众所接受。

    据全球知名的专业机构——普华永道（PWC）预测，到2020年，全球制造的汽车将有5 % 为电动汽车。更有甚者， 法国雷诺- 尼桑公司首席执行官Carlos Ghson认为，2020年全球制造的电动汽车将达到10%左右，但电动汽车发展之箭已经上弦，无法阻挡。

    荷兰政府正在鼓励电动汽车的发展，并希望该国在电动汽车的发展方向上走在世界的前列，而对汽车电池的回收却并没有系统的想法。在本文中，将着重讨论电动汽车原材料拆卸、收集、可供数量、电池类型和回收工艺技术等问题。

    电动汽车是汽车未来发展方向。现在适宜的电池需求正在极速增加。继铅电池、Ni-Cd电池和NiH电池之后，锂离子电池被认为是现代电动汽车应选择的最佳材料。

    锂广泛用于陶瓷、玻璃以及制药等行业，近年来锂的运用领域迅速拓展。它具有高电化学电势，所以锂也是热交换的理想材料，适用于现代电池。已经有六成手机、九成笔记本电脑中用到可充电锂电池。阴极材料和电池电解液中都需要锂，对锂需求的增加，主要是因为电动汽车数量的不断增加。目前，电池制造商生产所用的锂占到全球锂产量的20%。

    全球锂储量的三分之二是在“锂三角”——盐荒漠表面顶部，在智利和葡萄牙还有较少量的锂矿。关于锂萃取，重点是要探明地下盐水中的锂能否用于生产电池。智利是最大的碳酸锂生产国（在Salar De Atacama盐矿），而玻利维亚拥有最大的储量（见表1）。

    据美国地质调查局的研究数据：全球锂储量为1100万吨，通过比较，2008年锂产量达到27400吨，而碳酸锂和氧化锂年萃取量约为80000吨，相当于15000吨锂金属，其他锂金属来自于锂辉石矿（锂辉石主要用于陶瓷工业，因为其玻璃样结构，不太适合用于电池）。

    每一千瓦时电容量需要0.79kg碳酸锂（ 0. 15 kg 锂） ， 而插电式混合动力汽车（简称PHEV）电池平均具有20千瓦时的能量。如果2020年全球汽车销量达到7000万辆，以其中5%为电动汽车或复合电动汽车计算，则额外需求超出55000吨碳酸锂，这已经超过了2010年的全球消费数量。

    因为需求增长，锂价格也将持续上涨，所以很难萃取的锂矿也有了经济利益。玻利维亚已经在计划建设年产能30000吨的锂厂，可能会有更大的生产潜力。按现有储量规模，除非电动汽车数量有爆炸性增长，锂的生产将能保障未来汽车工业的需求，预计可以满足未来200年之用。

    锂不是唯一的“新”元素，它只是电动汽车锂离子电池的一个成份，其他成份还有稀土元素，也在例如磁体、电子、太阳能电池、风力滑轮机和催化剂领域应用（见表2）。

    过去10年，稀土元素全球消费量增长超过了3倍，达到近12.5万吨。

    目前，电池收集仍是一个尚未得到足够重视的问题。由于汽车电池遭遇低价值或负价值，电池通常是在汽车拆卸公司被拆下来，经常是一些非常重的电池集成（重量可达200 k g ) ， 这是一个很实际的问题。汽车公司不得不接受如何安全拆卸电池的培训，而汽车修理厂、车库和防火服务部门将必须接受在汽车电池更换、损坏和发生事故时如何安全应对的培训。

    如假定电池的平均寿命是8年，似乎汽车使用寿命应比电池使用寿命长一些，这就会产生其他的重要问题，谁来更换尚未达到电动汽车使用寿命的电池？更重要的是旧电池该怎么处理？

    直到现在，都没有人注意到将来回收链启动的主要作用，比如上述的原材料消费中就没有考虑到电池再次使用和回收。正在开发的各种技术，如湿法冶金工艺技术，把金属熔解在熔池里以便回收它们。诚然，目前最合适的回收技术是高温冶金熔炼技术，较重的金属沉降到熔池底部，而其他氧化物——渣则浮在顶部，锂作为氧化锂而留在渣中，这种氧化锂不能再用来制造加工电池，但渣可以用来筑路。

    实际上回收锂离子电池并不是主要为回收锂，而是回收铜、铝、镍和钴。其他金属发展趋势是采用锰和磷酸铁替代钴和镍等高价金属、结合熔炼工艺较低的金属收得率，整个回收工艺成本相当高，预计在2～3欧元/千克。一个电池的回收成本很容易达到200欧元。除了实际问题和技术问题之外，还有资金问题也阻碍了电池回收业的兴起。更明确地说，是谁来支付电动汽车电池的拆卸、收集和处理费用的问题。

    目前，对电动车汽车回收的研究已经全面展开，荷兰汽车回收协会ARN下属的分支机构ARN Advisory正在密切监控这一领域的发展状况。在目前的过渡时期，采用有效燃料的柴油和复合动力汽车仍可实现效率的大幅增加，与此同时，还有一个问题是锂离子电池将来是否会使用。因为锂离子电池的安全性仍在争论之中，且某些材料尚不能完全回收。

    荷兰汽车回收协会在进行全面研究，以便对拆卸问题和复合电动汽车电池的原材料构成有更好的了解。电池的构成和数量在很大程度上决定了回收成本，这些也都成为这一研究小组日常所研究的范畴。

    新技术的诞生，可能使得锂离子并不会成为未来电动车的主要驱动力，例如硅空气电池采用非常普通的原材料制成，所用的氧气从空气中获得，因此它不仅使得电池重量变轻而且另一个更大的优势是回收这种电池不再是一个问题，硅砂十分丰富，而且在电池报废时不会产生危险物质。锂离子电池只是方案之一，并不是电动汽车的唯一解决方案。