德国动力电池回收利用经验及启示

文 / 中国汽车技术研究中心 黎宇科 高 洋

动力电池是电动汽车上最重要的关键零部件，主要分为镍氢电池和锂电池两大类，由于这些电池含有镍、钴、锂、锰金属和含氟电解液（六氟磷酸锂）等，废弃的动力电池如果不能得到恰当的处理会污染环境和危及人身安全。近年来，随着电动汽车技术的日益成熟和市场化步伐的加快，电动汽车动力电池的生产量不断扩大，各主要汽车生产和消费大国都开始考虑和关注动力电池回收利用问题。德国是发展循环经济起步最早、水平最高的国家之一，在电池回收利用方面也走在了世界的前列。

一、德国动力电池回收利用经验

德国在电池回收体系建设、动力电池回收利用技术示范及法律制度建设方面取得了丰硕成果，具体经验如下：

1. 已建立较完善的回收利用法律制度

德国的与电池回收相关的法规基本依照欧盟指令为基础进行制定和修订。德国的循环经济法主要依据欧盟《废弃物框架指令（2008/98/EC）》制定；德国的电池回收法案和报废汽车回收法案分别依据欧盟电池回收指令（2006/66/EC）和报废汽车指令制定。欧盟电池指令和报废汽车指令在个别地方有重复规定。在这些已经制定实施的法规框架的约束下，产业链上的生产者、消费者、回收者均负有相应的责任和义务。依据欧盟和德国关于电池回收法规的规定：在德国，电池生产和进口商必须在政府登记；经销商要组织收回机制，配合生产企业向消费者介绍在哪儿能免费回收电池；最终用户有义务将废旧电池交给指定的回收机构。

2. 生产者责任延伸制度得到落实

在法律法规明确规定生产者责任的基础上，德国生产企业迅速行动起来，开展动力电池回收利用活动。德国大众和宝马汽车公司都在研究如何开展动力电池回收利用工作。一个基本的考虑是利用经销商和维修服务商定点回收废旧动力电池，然后再交给有资质的处理企业进行回收利用。目前，宝马公司正在考虑将从电动汽车上退役的动力电池进行梯级利用，因为从电动汽车上退役的动力电池仍有80%的剩余能量，宝马公司正在和电力公司研究利用峰谷电机制将退役的电池用于储能。

3. 已建立完善的电池回收体系

德国利用基金和押金制度，已建立便携式电池和铅酸电池的回收利用体系，并且运行良好。其中，便携式电池回收以来GRS基金会来运转，该基金会由德国领先的电池制造商和德国电子电器制造商协会于1998年推动成立，是欧洲最大的便携式电池回收组织，该组织从2010年开始回收工业用电池，未来也可能将电动汽车动力电池纳入该体系回收。该组织参加成员包括电池生产商和经销商近2600家，2012年，回收废旧电池14511吨，回收率达到43.6%。该组织拥有17万个电池收集点，在超市、商场均有该组织的绿色回收箱，即使是在乡村中，每隔1～2公里也有一个回收点。该组织通过三种安全标记分类收集电池，以便在运输和存储过程中采取不同的安全策略。绿色箱子收集普通电池；黄色箱子收集高能电池（500g以上的锂电池）；红色箱子收集受损高能电池。

4. 已开展动力电池回收不同技术路径的比较

德国环境部资助了两个动力电池回收利用示范项目（LiBRi项目和LithoRec项目），分别用火法冶金和湿法冶金两种技术对废旧动力电池进行资源化利用，对比不同技术的回收利用效果。LiBRi项目已于两年前结束。该项目开发了一套针对钴和镍的工业热冶富集流程，并在德国建立了一个动力电池回收利用的中试工厂，主要采用火法冶金回收锂电池中的钴和镍，但对锂金属的回收效果不好，因为锂会进入冶炼后的炉渣之中，需要对炉渣进一步处理才能提取锂盐。LithoRec项目还在进行中，目前是实验室阶段，主要是用湿法冶金回收锂电池中的各种金属（包括锂和稀土），实验表明该方法对磷酸铁锂电池综合回收率达到85%以上，对三元系（锂镍钴锰氧）电池综合回收率达到95%，其中对锂的回收率可达到90%以上。该项目的主要参与单位布伦瑞克大学还开发了动力电池拆解的专用设备，可在拆解电池时测量电芯的电压和内阻。

5. 开展动力电池回收利用环境评价和经济评估

德国环境部资助的两个动力电池回收利用项目均采用生命周期分析法（LCA）对回收动力电池的环境影响和经济效益等进行了评估。火法冶炼方案由于要对炉渣进行处理，因此在环境影响方面显示CO2排放和非可再生累积能量需求上是负面的（含炉渣处理），酸化潜力是正面的。湿法冶炼方案显示各种环境影响是正面的。在经济性方面，两个项目研究结果显示：当废旧锂电池达到一定量时，进行资源化利用均具有一定盈利空间。比如利用湿法工艺处理三元系锂电池的经济平衡点为年处理量4200吨，估计在德国要到2020年；磷酸铁锂电池年处理量要6800吨，估计在德国要等到2026年。如将动力电池组的壳体（包括塑料、钢铁等）充分的回收利用，经济效益会大大提高。

图 1 动力锂电池回收利用典型流程

二、启示和建议

目前德国政府已经资助相关企业和科研机构开展两个动力电池回收利用项目，从回收技术、经济性、环境性等方面进行了详细分析，在动力电池拆解工艺和设备、关键金属的回收利用技术和设备、回收工艺路线优化和对比、动力电池包装和运输以及相关政策和标准等方面取得了一系列研究成果。德国政府已把动力电池回收利用作为下一步发展循环经济的一个重要组成部分。政府机构、企业和科研机构在动力电池回收利用领域均开展了实质性工作，这不仅能够树立政府在公众中的良好形象，而且能为企业带来经济效益，解决社会的就业问题。动力电池回收利用产业有市场、有利润，能够推动新产品、新工艺、新技术和新设备的研发，具有巨大的发展潜力，同时也是我国发展电动汽车的重要保障。我们应该借鉴德国的经验，积极组织产业分工与合作，加快发展动力电池回收利用产业。

1. 健全法律法规、政策和标准体系。现有废旧电池回收利用相关法律法规、政策和技术标准的不足包括相关法律法规零散，缺乏系统性；原则性强，可操作性差；缺乏废旧电池运输、贮存、拆解、回收利用等相关技术标准，企业操作缺乏具体的技术指南；缺乏相关经济激励制度（如押金制度）。在德国，消费者购买铅酸电池要交7.5欧押金，电池回收时退回押金。

2. 规范和完善的废电池回收渠道。我国废旧电池回收市场的主要从业大军是个体商贩和小型回收企业，通过价格优势从销售商和个人手中购入大量的废旧电池，致使废旧资源流向了没有资质的废旧电池回收企业，造成环境污染和资源浪费。因此，要严格规范废旧动力电池资源供应链，掐断非法小厂的原料资源来源，引导废旧动力电池流向有资质的回收企业。德国一般通过电池基金会或其他组织来规范废旧电池回收渠道，例如GRS电池基金会。电池企业根据每年电池的产量向基金会交纳一定的资金后，可以共享基金会的回收网络。

3. 落实生产者责任延伸制度。生产者责任延伸制度在我国的循环经济促进法中已经得到确立，但在具体实施过程中没有得到良好的贯彻，这会导致在废电池回收过程中由于责任主体不明确而带来的难以形成高效环保回收的问题。德国生产者责任延伸制度明确规定，电池生产和进口商必须在政府登记；经销商要建立废旧电池回收机制，并且要告知消费者回收地点；最终用户要交给指定的回收机构。生产者责任延伸制度是包括各个主体在内的制度体系设计，我国需要注重社会化回收的特点和第三方专业化回收的优势，建立一个具有中国特色的回收体系。

4. 开展动力电池的梯级利用研究。

动力电池从开始使用到电池能量完全耗尽报废的寿命约为20年，然而，当动力电池只能充满原有电量80%的时候，就不适合继续在电动汽车上使用。如果这时将其直接报废进行资源化处理，会造成可利用价值降低和资源能源的浪费。实际上，在动力电池（或者电池单体）外观完好、没有破损、各功能元件有效的情况下，可进行二次利用，例如作为太阳能、风能等清洁能源的储能装置，也可以用于电工、电气照明、高尔夫球车等。通过梯级利用，可以让动力电池延长使用寿命，充分实现其使用价值。

5. 尽快开展动力电池回收利用示范项目建设。结合我国的实际情况，选择典型区域，进行车用动力电池回收利用技术示范应用。结合项目示范探讨适合国情的回收方案，逐步建立我国废旧车用动力电池环保、高效、有序的回收利用体系。

电动汽车的发展是解决能源危机和环境污染问题的重要途径。目前，我国再生资源回收利用市场现存的废旧电池回收体系，都是以普通废旧电池（日常生活中常用的电池、车用铅酸启动电池）为主，在回收技术研发和回收管理体系的构建上还未涉及车用动力电池。在资源化循环利用领域，尤其是废旧电池的循环利用领域，我国的管理体系、法律法规和技术标准还落后于发达国家。然而，我国电动汽车已经处于电动汽车发展阶段的重要时期，我们需要加快电动汽车动力电池回收利用产业的规划和布局，出台相关回收利用的法规和技术标准，构建完善的车用动力电池回收利用体系，解决车用动力电池进入生命周期末端后所带来的潜在环境污染和资源浪费，在推动我国循环经济产业健康快速发展的同时，也支持我国电动汽车产业实现可持续发展。