[01515840]新能源汽车退役动力电池高效清洁循环利用关键技术及产业化

近年来,为了降低对传统化石能源的过度依赖以及改善汽车尾气引发的城市空气污染问题,各国政府均大力发展新能源产业并积极推广新能源汽车。2018年,我国新能源汽车年产量首次突破100万辆,成为了全球最大的新能源汽车产销国。而新能源汽车的核心部件是动力电池,其中,锂离子电池是当前被市场最看好的动力电池之一。然而,动力锂离子电池的平均寿命为3-5年,且含有大量对环境及人体有害的各类金属成分及有机溶剂等,其报废后必将带来新的环境问题。同时废旧动力锂离子电池中富含各种有价金属元素如钴、锰、镍、锂等战略性物资。因此,为了保护环境、促进新能源行业的工业生态循环、缓解我国战略金属资源的紧缺局面、降低对原生矿产的依赖度,进行废旧动力锂离子电池开发与资源化利用是必然选择。然而,当前我国新能源汽车退役动力电池存在处理技术研究匮乏、简单套用传统选冶工艺等问题,导致金属回收率低、产品附加值不高及二次污染严重。故开展废旧动力锂离子电池的清洁循环与高值化利用研究,力争实现短流程、低成本、精细化的处理目标,并推动我国新能源汽车产业链的可持续发展,对于加快绿色发展、建设生态文明和美丽中国具有重要意义。 因此,针对新能源汽车退役动力电池处理技术研究匮乏、简单套用传统选冶工艺导致金属回收率低、产品附加值不高及二次污染严重等问题,中国石油大学（北京）、江西赣锋循环科技有限公司、清华大学及株洲鼎端装备股份有限公司强强联合,进行产学研合作,共同开发、设计并实施了本项目—新能源汽车退役动力电池高效清洁循环利用关键技术与产业化。具体内容包括：（1）提出了基于第一性原理的人工矿相诊断浸出方法,设计了全新靶向浸出的工艺方案;（2）开发了多元素复杂体系的选择性除杂方法,发明了主元素（镍、钴、锰）的共同萃取/反萃技术,并短流程合成了各类再生先进电池材料;（3）开发出一套退役动力电池拆解装置,设计自主化,拆解智能化;（4）设计并建成了首条年处理新能源汽车退役动力电池10000吨生产线,填补了国内空白。该项目践行了“基础研究—技术开发—产业转化”的有机结合,突破了集成预处理、清洁浸出、高效萃取分离、多元均相共沉淀等多项核心技术,实现了有色金属清洁冶金与材料制备一体化的工程应用,成为了我国有色金属循环利用产业示范。 本项目的主要创新点：1、提出了基于第一性原理的人工矿相诊断浸出方法,设计了全新靶向浸出的工艺方案,颠覆了传统的“一次全部浸出+分段式除杂分离”的技术方案;2、开发了多元素复杂体系的选择性除杂方法,发明了主元素（镍、钴与锰）的共同萃取/反萃技术,并短流程合成了各类再生先进电池材料（如Li2CO3、镍钴锰氢氧化物、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等）,明晰了材料化过程中体系内自有元素对再生功能材料性能的影响机制;3、开发了一套智能拆解新能源汽车报废动力电池装置（包括破碎、炭化、分选等工序）,重点开发了富氧侧吹低温炭化转炉,实现了铝箔、铜箔与电极材料的深度分离,大幅缩短了后续湿法处理工艺流程;4、设计并建成了国内首条新能源汽车退役动力电池处理生产线,年处理量为10000吨,年产碳酸锂、三元前驱体等5000吨。重点设计了半连续式反应釜与多叶推进式搅拌桨装置,开发了小粒径三元前驱体的普适性均相沉淀技术,粒径在5~9 μm范围内可控调节。通过基础理论研究指导,精准设计处理生产线,实现了退役动力电池的高值化利用,同时也实现了“基础研究—技术开发—产业转化”的有机结合。 项目实施后,获中国发明专利9项,实用新型专利8项,发表学术论文22篇。2018年全年处理废旧磷酸铁锂电池、极片、废料10519吨,生产出合格氯化锂约2200吨,折合碳酸锂当量1917吨,生产出氢氧化镍钴锰材料（三元前驱体）约3000吨。全年销售额达4.082亿元,净利润8441.56万元,年税收1283.98万元,直接经济效益十分显著。本项目的产业化,将使新能源汽车动力电池这一高新技术产业在我国得到循环可持续性发展,并带动新型电池材料、装备制造、高端手机市场和电动汽车等上下游产品的产业化。通过带动关联产业形成的年销售收入可达580亿元,利税18亿元,项目带来的环境经济效益达到120亿,整体间接经济效益十分可观。 本项目的实施,缓解了我国战略有色金属资源紧缺的局面,大幅降低对进口原生矿产材料的依赖程度;同时,为国内退役动力电池回收利用提供示范,实现了资源循环与高值化利用的有机结合,为废旧动力电池的清洁处理提供指导与借鉴;并可为下游新能源汽车产业解决后顾之忧,促进下游锂电加工制造产业的快速发展。