试论构建新能源汽车废旧锂电池回收利用体系*

龙宇娟 庄越

（武汉理工大学安全科学与应急管理学院，湖北武汉 430070）

0 引言

随着环境污染的加重和传统能源的日渐短缺，新能源汽车产业已成为当前我国重点规划的新兴产业之一。我国新能源汽车保有量不断上升，锂电池作为其搭载的动力电池即将进入退役高潮［1］，回收利用过程存在的环境污染风险逐渐暴露出来。废旧锂电池含有重金属和有害物质，若未经妥善处置，将形成威胁生态环境、人的健康和浪费金属资源的风险［2］。目前已有学者分析锂电池回收模式的决策及逆向物流问题。靳起浩［3］针对电动汽车产业发展的不同阶段设计了高效合理的回收模式，定量研究了引入期和成长期的回收模型并得出汽车制造商最优回收模式；董庆银等［4］探究了适合北京市发展的动力电池回收模式，认为汽车生产企业将短期内主导电池回收，中长期将由产业联盟与第三方回收主导；江传玉等［5］依据赣州新能源汽车产业发展特点，建立了废旧动力电池回收模式；TANG Y Y等［6］建立了3 种单回收渠道和3 种双竞争回收渠道的Stakelberg 博弈模型，以社会总福利最大化为目标确定了适合北京市的最优回收模式；刘慧丽［7］通过介绍、分析我国和国外动力电池回收发展现状，基于我国现状构建了“1+3”动力电池绿色供应链回收体系；朱凌云等［8］等将上汽集团产生的报废动力电池作为研究对象，通过模糊综合评价法对三种模式分析并综合评分，构建了适合上汽集团发展的逆向物流回收网络。

综上所述，目前研究大多针对回收模式、逆向物流的选择问题，缺少对建立回收利用体系的研究。本文通过分析我国废旧锂电池回收利用现状，针对现存问题，依据产业发展现状构建我国废旧锂电池的回收利用体系，为建立健全我国及各省市废旧锂电池回收利用体系提供参考。

1 新能源汽车锂电池废置危害

1.1 锂电池种类、构造及危害

锂电池结构如图1 所示，由正极材料、负极材料、隔膜、电解液和外壳组成，内部结构主要为卷绕式或叠片。锂电池的正极材料可分为三元材料、LiFePO4、LiMn2O4以及LiCoO2等，对应的锂电池种类分别为三元锂电池、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池以及钴酸锂电池，其中又以三元锂电池和磷酸铁锂电池为主，2021 年的装车量分别占48.1%和51.7%；负极材料除钴酸锂电池为软碳、硬碳，其余以石墨为主；隔膜主要为聚烯微孔膜PP、PE 等；电解液为有机溶剂和电解质两者的混合物，常见的电解质为LiPF6；外壳的材质以铝壳和钢壳为主。

图1 锂电池结构

锂电池的正极材料中含有锂、镍、钴等重金属元素，当其遇水或氧化剂时会生成金属氧化物，不仅会浪费资源还会造成环境污染。目前电解液中的电解质以LiPF6为主，LiPF6暴露空气中由于水蒸气的作用而迅速分解成PF5。PF5对人体眼睛、皮肤等有强烈刺激性，吸入后可引起呼吸道炎症和肺水肿。如未妥当处理回收，仅采取挖坑填埋、高温焚烧等生活垃圾式处理方式，容易造成资源浪费、污染生态环境、威胁人的健康。

1.2 锂电池报废量预测

随着新能源汽车不断被接纳，2021 年我国新能源汽车销量352.1 万辆，同比增长1.6 倍，截至2022年6 月，保有量已突破1 000 万辆。锂电池是新能源汽车的核心部分，其使用寿命远低于汽车，一般为5 ～8 年，表明未来几年将迎来锂电池退役潮。张淑英等［9］综合考虑多种因素，通过蒙特卡洛模拟预测了新能源汽车锂电池报废量，其结果为2022 年报废总量将达到51 万t，2025 年有望达到131 万t，2030 年总量将达到655 万t。

2 废旧锂电池回收现状

2.1 回收政策及标准

废旧电池对环境有极大污染但也具备高回收价值，我国政府和相关企业对此重视，为规范动力蓄电池回收利用行业、促进行业发展，我国近几年陆续发布了电池回收利用的管理办法、试点实施、溯源管理、行业规范等相关政策，如《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》《新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》等等。

我国先后发布了《车用动力电池回收利用拆解规范》（GB/T 33598—2017）、《车用动力电池回收利用余能检测》（GB/T 34015—2017）、《车用动力电池回收利用管理规范第1 部分：包装运输》（GB/T 38698.1—2020）等标准从电池的回收利用过程中的拆解规范、余能检测、包装运输、梯次利用、材料回收要求以及放电规范等方面对电池的回收建立了国家标准及行业技术规范。

近年来我国颁布了与废旧电池相关的政策文件以及相关技术回收标准，这些政策和标准促进我国废旧电池回收标准体系建立。但电池回收利用要求技术高、投入成本大，一些企业的回收效益略微盈利甚至亏损。而现阶段财税激励政策尚不完善，政策性文件落实效果不佳，企业开展回收利用工作的积极性有限。不同电池生产商和汽车制造商生产的电池类型、结构、材料和核心技术存在差异，我国还未针对锂电池结构、形状等提出明确要求，未统一电池的生产标准［10］，这将给回收利用增加难度和挑战，也阻碍了企业电池回收规模化、产业化。

2.2 回收流程

废旧锂电池一般的回收流程包括收集、运输、检测筛选、处理利用等环节，通过各回收渠道如汽车4S店、回收服务网点等收集后移交至回收中心进行专业检测和筛选后，由回收利用企业进行梯次利用或者拆解回收，具体回收流程根据回收模式的不同而不同。70%～80%剩余容量的锂电池可降级用于储能设备等对能量密度要求不高的领域［11］，实现锂电池的梯次利用。剩余容量未达到梯次利用标准的或者经梯次利用后的锂电池，通过拆解回收将电池中的锂、镍、钴等电池材料和外壳包装回收利用再制造成材料，从而实现循环利用。

收集、处理环节是回收流程中较为薄弱的两个环节，易出现问题。如湖北省襄阳市50 个动力电池回收服务网点，目前主要集中在襄州区（26 个）、高新区（10 个）和樊城区（9 个），其他县市区回收服务网点不足，导致部分电池被消费者拆解并出售给没有回收资质的小作坊，这些电池无法得到正规的拆解检测和回收处理，容易造成环境污染、资源浪费。在锂电池各组件中，正极材料中含有锂、钴等金属资源，回收价值较高，因此以回收正极材料为主。湿法回收技术是国内废旧电池正极材料回收的主流方法，具有回收成本低、设备要求不高等优点，但不当的回收操作极易造成电池内部短路、起火以及电解质泄漏等问题［12］。

2.3 回收模式

目前，按照不同的回收主体，我国主要存在以下4 种回收模式［7］：①以汽车制造商为主体的回收模式；②以电池生产商为主体的回收模式；③以第三方企业为主体的回收模式；④以电池回收利用企业为主体的回收模式。

2.3.1 以汽车制造商为主体的回收模式

部分汽车制造商生产的新能源汽车配备自身研发的电池，如比亚迪研发的刀片电池，以汽车制造商为主体的回收模式如图2 所示。

图2 以汽车制造商为主体的回收模式

2.3.2 以电池生产商为主体的回收模式

目前大多数新能源汽车搭配的锂电池由专业电池生产商供应，例如本田汽车预计2024—2030 年间从宁德时代采购123 GWh 纯电动车电池。以电池生产商为主体的回收模式如图3 所示。

图3 以电池生产商为主体的回收模式

2.3.3 以第三方企业为主体的回收模式

由于现阶段未统一新能源汽车电池的生产标准，即各电池规格型号不完全一致，部分汽车制造商和电池生产商不具备完备的检测处理技术，即第三方企业充当回收与利用的桥梁，如湖南邦普循环科技有限公司，图4 为第三方企业为主体的模式。

图4 以第三方企业为主体的回收模式

2.3.4 以电池回收利用企业为主体的回收模式

电池回收利用企业指具备专业电池检测和筛选技术，有着丰富回收及再利用经验的企业，例如格林美打造了“电池回收—原料再造—材料再造—电池包再造—再使用—梯次利用”全生命周期价值链体系，回收模式见图5。

图5 以电池回收利用企业为主体的回收模式

2.4 我国废旧锂电池回收存在的问题

我国发布的动力蓄电池回收政策及标准，推动了新能源汽车、电池梯次利用以及再生利用行业快速发展，但实际上废旧电池回收仍存在许多问题。

（1）回收利用政策、标准尚不完善。政策在制定过程中可能未全面了解市场状况，激励性政策不完善，惩罚性规定不具体，缺乏强制性措施，实施过程中政策性文件难以落实，废旧锂电池流向小作坊的可能性增大；由于我国各地区存在差异，回收利用政策须根据地方实际情况进一步优化完善；行业配套标准制定进度缓慢，电池生产规格不统一，回收利用的难度与挑战增大。

（2）回收技术和工艺水平有待提高。相关企业回收利用技术储备不够完备，大多技术专利被国外企业掌握；梯次利用创新技术、正极材料金属分类提纯技术以及自动化水平等技术环节仍需创新和突破，大规模商业化应用不足；目前的回收工艺仍主要是传统湿法回收工艺，回收流程复杂，经济成本高，存在环境污染的风险，高效、环保、短流程的回收工艺发展水平不足。

（3）回收利用体系不健全。现阶段我国锂电池回收利用体系仍不健全，未明确界定废旧锂电池回收监管部门权责范围，汽车制造、电池生产等相关企业之间尚未建立完善、有效的合作机制；电池收集、运输以及回收利用等环节的管理制度不完善，造成行业无序竞争［13］；回收市场尚未完全发展，各回收单位以自身利益最大化为回收目标，回收主体责任意识不强，将增加电池回收过程中环境污染的风险。

（4）公众回收意识不强。虽然我国新能源汽车逐渐被公众认可，产业不断发展，但由于消费者回收责任界定不明，同时对锂电池回收认识不足，导致公众回收意识薄弱，大量废旧锂电池流向小作坊；而小作坊的电池拆解技术不够正规、对重金属的提取技术欠成熟，回收过程将增大环境污染的风险。

3 构建我国废旧锂电池回收利用体系

3.1 建立政府监管体系

废旧锂电池回收利用体系的建设离不开政府部门的监督与扶持，因此首先需建立政府监管体系。政府主管部门包括发改委、工信部以及生态环境部。发改委主要负责拟订并组织实施锂电池回收利用体系的发展规划；工信部主要负责制定回收政策与行业技术标准，指导行业技术创新，组织废旧锂电池回收利用相关企业签订合作协议，明确各企业权利义务关系；生态环境部主要职责为定期开展相关企业回收利用项目环境污染情况的评估工作，对于不规范的企业予以通报。政府监管部门应做好产业扶持政策的工作，根据回收体系中各环节、各企业之间的反馈及时制定、更改或调整相应政策，同时也应做好废旧锂电池回收利用宣传教育工作，提高公众回收意识。

3.2 建立回收利用溯源公共平台

由政府监管部门负责搭建锂电池回收利用溯源公共平台，将锂电池生产、回收、综合利用各环节相关企业纳入公共平台，实现对电池的全生命周期一体化管理。依托公共平台强化废旧电池溯源管理，对废旧电池状态、位置等信息进行实时跟踪，建立数据共享机制，加强信息监管和统计分析，实现信息互联互通，逐步建立我国废旧锂电池公共数据库。为方便政府部门对公共平台的监督管理，公共平台可接入政府部门OA 系统，实现部门间信息互通。接入客户端建立“互联网+回收”线上线下结合的回收方式，方便消费者线上预约回收。

3.3 建立回收利用产业联盟

针对单一回收主体风险承载能力薄弱，难以取得理想的回收利用效果，建立了以政府监管部门为主导，多方企业参与的锂电池回收利用产业联盟。董庆银［4］认为产业联盟是较为成熟的电池回收模式，可以拓展回收服务网点的类型、保障稳定废旧电池来源。在回收利用产业联盟中，汽车制造商、电池生产商等企业分别负责相关业务，降低了单一回收主体布局锂电池回收行业的成本和风险，保证了回收利用过程的完整性［10］。

3.4 完善废旧锂电池回收利用体系

基于政府监管体系、回收利用溯源公共平台，依托回收利用产业联盟完善我国废旧锂电池回收利用体系，如图6 所示。回收利用体系分为3 个阶段：回收阶段、检测阶段和资源化利用阶段，涵盖“生产—销售—回收—检测筛选—梯次利用—回收—再生利用”产业链全部环节。

图6 我国废旧锂电池回收利用体系

在回收阶段，电池生产商、汽车制造商与汽车4S店需将锂电池相关数据信息上传至公共平台并记录备案；当消费者需要更换锂电池时，可以网上预约汽车4S 店或者电池生产商运营的回收服务网点更换锂电池，由于锂电池储存要求较高，须转运至电池生产商，达到一定规模后交由回收中心；当需要报废整车时，消费者同样能在公共平台预约报废，搭载的锂电池由汽车报废企业转交回收中心。

在检测阶段，第三方企业和政府部门共同建立的区域回收中心承担电池回收工作，提供贮存、拆解、检测、筛选等服务［14］。回收中心根据公共平台的信息，将电池拆解检测，将符合梯次利用标准的电池交由梯次利用企业，未达到标准的转交再生利用企业。

在资源化利用阶段，梯次利用企业将符合标准的单体电池重组为梯次利用产品并进行性能试验，电性能、安全可靠性等符合标准后可应用，梯次利用结束后转交再生利用企业处理；再生利用企业首先对废旧锂电池深度放电、拆解破碎与分离，之后再分类回收，回收的资源交由电池材料企业进行再生产，从而实现废旧锂电池的循环利用。

4 结论与建议

（1）通过总结概括我国废旧电池回收政策、技术标准、回收流程、回收模式以及存在问题，根据我国回收利用产业发展现状，基于生产者责任延伸制度建立了以政府部门为主导，搭建锂电池信息溯源公共平台，信息互通、资源共享、风险共担为机制，构建回收利用产业联盟从而完善我国废旧锂电池回收利用体系。

（2）废旧锂电池回收利用体系将回收利用产业链中简单线性联系转变为网络联系，改变了以往单兵作战模式，实现我国废旧锂电池就近回收、最大化利用。在初步建立后各省市可结合当地情况建立高效、合适的废旧锂电池回收利用体系，实现区域间的优势互补与协同发展，共同探索废旧锂电池回收利用新技术和新型商业模式，推动各省市废旧锂电池回收利用体系建设。