锂电池，从衰退走向循环利用

林宁

在有2.8万人口的阿恩施塔特，中国企业CATL计划投资20多亿美元在郊外空地兴建电池厂

为火灾犯愁的回收工厂

2019年全球锂离子电池市场价值超过300亿美元，预计到2025年，将增长到超过1000亿美元。“我个人是锂离子技术的忠实拥护者，它具有变革性。”电池安全专家巴特勒说：“但是这些电池也必须正确处理，如果它们损坏、过热或短路，则可能发生热失控事件——内部产生热量，并且变得越来越热，直到开始冒烟然后燃烧。如果旧电池被压碎或损坏，则老式电池如碱性锌锰电池可能会污染大量可回收材料。”

一家为消防队提供设备的公司负责人福格尔曼说，火灾对回收行业而言并不是新事物，该公司为工业场所（包括废物和回收设施）制造防火系统。他表示，主要是火灾的频率变得越来越高，从2016年到2019年，美国和加拿大的废物处理设施发生的火灾数量增加了26%，从272起增加到343起。

明尼苏达州的综合性固体废物处理公司Dem-Con公司总裁基根说：“从全国范围来看，我们每个月都有设备损失，很多都是被电池大火烧毁了。”与其他回收设施的常见火灾威胁（包括丙烷罐＼气雾罐和丢弃的烟火）不同，这些电池很小，通常无法发现。锂离子电池或废弃的电子烟足以引起火焰，在巨大的废物堆中它们几乎也是看不见的。工人通常看不到它们，直到发生火灾为时已晚。

得克萨斯州普莱诺市内的回收设施，传送带可帮助工人分类和包装回收物

大多数电池起火都发生在卡车倾倒货物时，当它们从卡车中倒到空地上，损坏的电池突然遇到氧气起火。为了应对这种威胁，普莱诺工厂目前设有了大型混凝土和金属防火墙，以将倾卸的垃圾与工厂的其余部分分隔开。还配备了Fire Rover热敏相机和自动泡沫大炮，以便尽快扑灭火焰。工厂还在第一条传送带的入口处设置了穿着反光条背心的员工，他们负责尽可能多地筛选捡拾出有问题的垃圾。

尽管采取了这些预防措施，一些回收工厂仍然担心这些电池之一会潜入厂区“腹地”损坏设备并对其员工造成危害。一家加利福尼亚州圣马特奥县的类似工厂发生过一场大火灾，造成100名消防员出动，并关闭了四个月。管理工厂的公共机构南湾区废物管理局的首席执行官乔·拉马里亚纳说：“发生大火后，回收公司可能会在多年的竞争中失去客户，员工得休假直到工厂得以重建，工厂还得面临飞涨的保险费。”

关于锂电池安全性的讨论

如果按规定使用，优质的锂离子电池是安全的。电池故障有两种基本类型：一种与电极、隔膜、电解质或工艺的设计缺陷有关，这些缺陷通常涉及召回以纠正发现的缺陷。第二种较困难的故障是不指向设计缺陷的随机事件，例如在低于冰点的温度下充电、振动或撞击。

电池轻度短路只会导致自放电升高并且由于放电功率非常低，因此热量积聚较小。如果相当大的电流在电池的电极之间流动，热量积聚会损坏电池中的绝缘层并导致电气短路，温度可以迅速升高引发着火或爆炸，发生“热失控”。

工业电池（例如用于电动工具的电池）通常比消费产品中的电池更坚固，除了坚固的结构外，电动工具电池还可以最大限度地提高动力传输效率，并减少能耗，从而延长了其使用寿命。

动力电池比能量电池具有较低的Ah等级，通常更具耐受性和安全性。全世界每天使用的电动汽车、手机和笔记本超亿部，美国国家海洋与大气管理局的数据表明，人一生中被雷击的几率约为1/13000，锂离子电池的故障率小于百万分之一，优质锂离子电池的故障率优于1000万分之一。据美国国家防火协会（NFPA）的统计，如今每十亿辆燃油车辆发生90起火灾被认为是正常现象，特斯拉每十亿公里行驶中只有两次起火，这仿佛告知我们电池安全性在可控范围内，并仍然是需求旺盛的产业。

电池工厂在欧洲前景看好

电动汽车将对制造商的产能和质量提出更高的要求

显然目前的锂电池还存在很多短板，而且在过去数十年可商用的电池技术也没有取得太大突破，但激增的市场需求迫使人类要尽快找到更好的电池方案。重要的汽车厂商在技术前景不明的情况下选择购买电池而非自己生产。今年春天德国最大最重要的汽车零部件供应商博世完全放弃了建设电池工厂的雄心勃勃的计划，第二大供应商美国大陆航空也没有宣布进入电池生产计划。

戴姆勒公司表示，对于德国制造商而言，制造电池芯毫无意义，因为亚洲电池制造商正进入欧洲巩固自己的制造能力。因为电芯比较重，从韩国或中国来的运输费用很高，因此亚洲制造商已在欧洲建厂以降低运输成本，三星已经在匈牙利生产电池，LG在波兰建立工厂，然后是中国宁德时代（CATL）和德国政府已经搭上线。

CATL是全球第三大EV（Electric Vehicle，电动汽车）电池供应商，还为松下等电子产品生产商和比亚迪等电动自行车生产商提供产品，该公司希望2022年之前在德国创造600个工作岗位，并投资2.7亿美元。CATL宣布已选定在称为埃尔福特克鲁兹的阿恩施塔特一片工业区建厂，工厂将为沃尔沃和宝马这类公司供应电动车电池，包括德国总理安格拉·默克尔在内的领导人争相表示是自己的功劳。

宝马高管马库斯·杜斯曼邀请戴姆勒也向CATL订购电池，因为更高的产量将导致每个单元的价格降低。这对位于德国的工厂尤其重要，因为这边不仅工资高于东欧邻国，而且能源成本也高。

在接下来的几年中，德国汽车制造商的计划中有数十辆新型电动汽车推陈出新，因此肯定有不止一家电池厂的空间，据悉伊隆·马斯克已表示有兴趣建立德国的特斯拉超级工厂。对于汽车公司而言，确保装载环保、安全、优质的电池供应绝非易事，因为制造过程所需的稀有元素供應有限。

宝马表示将通过从澳大利亚和摩洛哥的矿山直接采购自己需要的钴和锂，然后向CATL和三星SDI提供材料，解决稀有元素问题并符合环境标准和尊重矿工的人权。宝马计划到2021年，通过减少对这些稀有元素的依赖来巩固其电池供应链，生产不使用稀土的第五代电力传动系统。

虽然对于汽车来说，这类电池需要淘汰，但旧电池的储电能力依旧可观，可以在电容量要求低、用电量恒定的场所，如家庭等继续使用。在这类环境中，电池不需要反复处于充电和放电的状态。法国汽车制造商雷诺将“二手电池”视作是“打造循环经济”技术领域的重要环节，而特斯拉则通过推出Powerwall家用电池以及收购太阳能公司SolarCity，积极推进家庭电能存储，这也许是锂电池未来的发展之路吧。