新能源汽车废旧电池污染及治理研究

高 烨

（乌鲁木齐市机动车排污管理中心 新疆乌鲁木齐 830000）

引言

2022 年，我国新能源汽车保有量为1310 万辆，占汽车总量的4.1%，新能源汽车保有量较2021 年增长了67.13%，新能源汽车呈现高速增长态势。新能源汽车的快速增长，也带动了新能源电池的生产、使用。根据国家标准，当新能源汽车动力电池剩余80%容量时，即可“退役”，因此我国有一大批新能源汽车动力蓄电池也进入了规模化退役期[1]。

据统计，2022 年我国退役动力电池达53 万t（见表1），到2028 年这一数据或将超过260 万t/a。由于“退役”的新能源汽车电池中含有电解液、重金属等物质，随意丢弃至周边环境，暴露在空气中，电池中含有的多种挥发性有机物、具有腐蚀性含氟化合物，不仅会破坏生态环境，还会污染水体、土壤。

表1 2018～2022年我国新能源汽车保有量及“退役”电池量情况

为有效回收处理“退役”电池，我国有关部门联合发起了“十城千辆节能与新能源汽车示范推广应用工程”，计划分3 批次、在深圳、合肥、北京等25 个城市试点集中开展动力蓄电池回收工作。此外，《工业领域碳达峰实施方案》也提出要推动新能源汽车动力电池回收利用体系建设。

1 新能源汽车废旧电池污染物成分

从动力电池类型来看，新能源汽车的动力电池类型有铅酸电池、锂电池、镍氢和镍镉电池[2]。目前，绝大多数新能源汽车采用锂电池作为动力电池。锂电池是以锂离子聚合物为电池材料，具有寿命长、容量大等特点，但废旧车用锂电池如果处置不当，也会给周围环境产生污染问题。

锂电池由正极材料、负极材料、电解质、电解液和隔膜组成。其中，正极材料通常是由磷酸铁锂和三元锂聚合物组成；负极材料主要是碳系；电解质为LiPF6；电解质主要是碳酸脂类。不同的组分元素，其构成成份及潜在风险不同，详见表2。

表2 新能源汽车废旧电池成分及质量估算[3]

从表2 可知，无论是碳酸锂电池，还是三元锂电池，电池组件中的一些成分都具有危害性。如，活性正极中含有的镍、锰、钴等重金属元素，处置不当，随意丢弃在自然环境中会使土壤环境重金属污染物含量增大。含聚氟偏乙烯粘合剂在高温条件下会释放出氟碳、氟化氢等有毒有机物，影响动植物生长；含LiPF6电解质长期暴露于空气环境中会分解释放PF5腐蚀性有毒气体；碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯电解液对皮肤、眼睛及呼吸系统均具有刺激作用，不慎入眼或呼吸系统，会损伤眼睛和呼吸道；塑料制品自然条件下不易分解会大量累积，影响土壤生态系统功能，破坏生态环境。从新能源汽车废旧电池成分质量比来看，碳酸铁锂电池中的活性正极、石墨和铜、铝、电解液占比较大，三元锂电池则是活性正极、石墨、铜、电解液占比较大。因此，需采取有效措施，降低新能源汽车废旧锂电池中的镍、锰、钴等重金属元素，以及电解液污染。

2 新能源汽车废旧电池污染成因及危害

根据新能源汽车废旧锂离子电池组成及其加工生产流程，废旧锂电池污染环境的成因主要有正负极材料、电解液、固体垃圾3 种类型。

2.1 正负极材料

废旧锂离子电池正负极材料中含有很多具有一定污染环境的物质材料。其中，正极材料中虽含有三元材料、钴酸锂、碳酸铁锂、镍钴铝酸锂等材料，但没有重金属元素，因此与传统铅酸电池相比，废旧锂电池正极材料环境危害较小，属轻度污染型[4]。负极材料中含有大量硅基、锡基材料及石墨、钛酸锂等，其中石墨为天然石墨或人工制成石墨，一般利用浮选回收工艺，会造成一定程度的环境污染，但污染相对较轻，属轻度污染型。

2.2 电解液

新能源汽车废旧锂电池中的电解液是由钾盐和有机溶剂组成。废旧锂电池中含醚类、酯类、碳酸脂类有机溶剂，如二甲氧基乙烷（DME）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）等；六氟砷酸锂（LiAsF6）、六氟磷酸锂（LPF6）、高氯酸锂（LiClO4）、四氟硼酸锂（LiBF4）等电解质锂盐；联苯（BP）、乙酸乙酯（EA）和碳酸亚乙烯酯（VC）等添加剂。电解液中碳酸二甲酯具有轻度污染，六氟磷酸锂遇水会产生具有毒性的氟化氢，与空气混合后易爆炸。

除此之外，进入环境的电解质锂盐会发生分解、水解、燃烧等化学反应，产生含氟、磷、砷等化合物，造成氟/磷/砷污染，而且这些有害物质溶于水还会加剧水源污染，危害人体健康。新能源废旧锂离子电池电解液组分及危害如表3所示。

表3 新能源废旧锂离子电池电解液组分及危害[5]

2.3 固体垃圾

新能源废旧锂电池拆解会产生固体垃圾。其中，外壳材料固体垃圾有铝壳、钢壳、塑料壳、铝塑膜，且外壳材料中的塑料壳、铝塑膜会造成白色污染，难以分解，对环境的危害较久；粘接剂产生的固体垃圾有聚偏氟乙烯（PVdF）、丁苯橡胶（SBR）、烯酸类等也会造成白色污染；聚烯烃类固体垃圾——微孔薄膜，属于白色污染隔膜，也会产生白色污染。

由于这些白色污染大多为不可回收类废品，如果直接倒入周边土壤或长期堆放，夏季温度较高时这些白色污染物未经遮挡或防护处置，会向周边环境释放出有毒有害气体，造成大气环境污染。另外，如果这些白色污染物类的固体垃圾堆放时间过久，还会与其他生活垃圾一起变质发酵、腐烂，产生细菌、寄生虫以及恶臭气味，不仅影响环境，而且会加大季节性传染病的传播风险。

3 新能源汽车废旧电池污染防治措施

当前我国新能源汽车动力电池正进入集中“退役期”，越来越多的新能源废旧电池需要处理。因此，废旧电池已成为环境污染的一大隐患，需从技术、政策、机制等方面综合施策，切实做好废旧电池污染防治，为生态环境保护尽一份力。

3.1 优化废旧电池全方位模式管理

目前，我国有关部门已在新能源汽车发展较快的城市，积极推进新能源汽车动力蓄电池回收工作，如广州、深圳、合肥等地已在新能源废旧电池管理方面积累了诸多成功经验，形成较为典型的管理模式。

废旧电池管理模式主要有综合利用模式、互联网回收模式、信息化管理模式、第三方评估模式和行业联盟模式，因此可持续优化废旧电池全方位管理模式，扬长避短，加以推广。如，优化“互联网+”综合回收利用管理模式，利用互联网、大数据，全面链接新能源废旧电池回收网点、电池生产厂商、汽车整车生产商、资源回收利用企业及梯次利用企业，将回收的废旧电池按照其状况分别进行梯次利用或拆解利用，最大限度发挥其再利用价值，做好新能源汽车废旧电池全产业链管理；同时，也可将这些管理模式方法进一步优化完善，着力构建符合更广大地区城市废旧电池管理，实现城市废旧电池管理更加科学化、规范化。建立废旧电池可追溯机制，压实电池生产厂商、汽车企业回收责任。

建立废旧电池信息共享平台，利用信息技术，打造新能源汽车电池使用、报废、转移、存储、利用、回收监督途径。

3.2 强化废旧电池全链条环境防治

从新能源汽车动力电池生产、使用及新技术探索等，全链条做好废旧电池环境污染防治工作。首先，加大镍、锂、钴、铜等矿产资源开采监管力度，提升矿产资源质量，提高电池原料品质。其次，妥善做好废旧电池回收利用处理，积极推广梯级利用模式，并利用废旧电池余能检测技术，按照《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》“优先梯级利用”原则，经检测余能达80%以上的，可通过增容或修复提升其性能；余能低于80%，但高于20%的，可用于低端汽车或其他储能领域；余能低于20%的，可直接对其做报废并拆解处理。再次，做好余能降低废旧电池的拆解回收，利用破碎浮选、机械研磨、有机溶剂溶解、微生物降解等方法，对废旧电池进行拆解回收及处理，其中湿法冶金技术处理废旧锂电池应用效率高、能耗低，技术较成熟。最后，加强技术创新探索其他新能源汽车产业模式[6]，如钠电池、铝电池及氢能，可将氢作为能量载体，实现场景应用。

此外，还应积极推动废旧电池回收利用技术，形成电池厂商、车企与回收企业电池生产与处置全链条管理，将生态环保理念和技术应用其中，延伸生产者责任机制。

3.3 制定废旧电池污染防治政策

新能源汽车广泛应用是时代发展进步的体现，也是生态环保理念在汽车领域具体且生动实践。目前，针对废旧电池污染防治，国家层面已出台了一系列鼓励性的政策措施，因此相关职能部门也应紧跟时代发展步伐，加快出台具体的政策措施，尤其是新能源汽车废旧电池回收方面的激励政策，充分调动电池生产、经营和使用各方积极性，促进生产者、经营者和消费者参与到废旧电池回收。

国家还要在财政、税收、环保等方面，制定条例或规章制度，进一步明确废旧电池回收责任主体，以及违反相关规定应承担的责任；同时，加大环境管理及执法力度，进一步规范废旧电池回收、拆解及利用流程，切实做好回收拆解环节生态环保措施，以及积极建立废旧电池回收企业名录，实行资格准入机制，规范行业管理。

结语

综上，随着我国新能源汽车的快速发展，大量退役废旧动力电池所产生的环境问题凸显。因此，在对新能源汽车废旧电池污染治理时，既要全面分析废旧电池污染物成分，了解不同成分的环境危害，还要把握废旧电池的污染成因，然后在此基础上，综合施策，从技术、政策、机制等方面妥善处理好废旧电池回收利用工作，切实做好污染防治工作，实现经济发展与环境保护共赢。