Centrarse en la cadena de la industria: ¿cómo reciclar las baterías de iones de litio-energéticas?
2.1. La política se está mejorando, y el estándar y el precio son las limitaciones principales.
In December 2016, the Ministry of Industry and Information Technology announced the "Interim Measures for the Administration of Recycling and Utilization of Power Batteries for New Energy Vehicles" (draft for comments), which clarified that automobile production companies should assume the main responsibility for the recycling and utilization of power batteries. The Extended Producer Responsibility System (EPR) refers to extending the responsibility of the producer to the entire life cycle of the product, especially the post-consumer recycling and recycling stage, requiring the producer to take responsibility for the entire life cycle of the product, and to integrate production and production. The recycling is connected in series to improve the recycling rate.
In July 2018, seven departments including the Ministry of Industry and Information Technology and the Ministry of Science and Technology jointly issued the "Notice on Doing a Good Job in the Pilot Work of Recycling and Utilizing Power Batteries for New Energy Vehicles", and decided to launch the pilot program in the Beijing-Tianjin-Hebei region, Shanxi, Shanghai, Jiangsu, Zhejiang, Anhui, Guangdong, etc. 17 regions and my country's iron towers have carried out pilot work on the recycling of new energy vehicle power batteries, and determined the corresponding goals and tasks of each pilot region, which will help to establish a relatively centralized and cross-regional recycling system. With the successive introduction of relevant policies, the power lithium-ion battery recycling system will also be accelerated to improve. The launch of the pilot work of power lithium-ion battery recycling marks that my country's power lithium-ion battery recycling has entered a stage of large-scale implementation.
In July 2020, the Ministry of Industry and Information Technology announced the "Key Points for Energy Conservation and Comprehensive Utilization of Work in 2020", requiring to promote the construction of a new energy vehicle power battery recycling system; to carry out in-depth pilot work, and to accelerate the exploration and promotion of a recycling market with strong technical economy and environmental friendliness To develop a new energy vehicle model, cultivate a group of backbone companies for power battery recycling; research and formulate the "Administrative Measures for the Echelon Utilization of New Energy Vehicle Power Batteries", and establish a product evaluation mechanism for echelon utilization; ", improve regulations, and urge companies to speed up the fulfillment of traceability and recycling responsibilities. The improvement of the evaluation mechanism and laws and regulations of the power lithium-ion battery recycling system indicates that the framework of my country's power lithium-ion battery recycling system is becoming more and more mature.
Aunque el diseño de{0}}nivel superior se está mejorando gradualmente, el reciclaje actual de baterías de iones de litio-de potencia está limitado por los siguientes tres problemas, lo que dificulta el desarrollo de políticas:
1. El estándar de medición del valor residual de la batería es difícil de estimar: la capacidad de la batería de iones de litio de potencia -decaerá gradualmente durante el proceso cíclico de carga y descarga, y cuando la caída caiga por debajo del 80 por ciento , alcanzará el estado de retiro. En la actualidad, el SOH (estado-de-salud) de la batería de iones de litio-de energía tiene muchos significados, incluido el significado según la disminución de la capacidad, el significado del número restante de ciclos según la capacidad de descarga restante, y el significado según la resistencia interna. Por lo tanto, los legisladores tienen ciertas dificultades en la determinación estándar del valor residual de las baterías de iones de litio-de potencia.
2. Las fluctuaciones de los precios de los metales afectan la economía del reciclaje de materiales: las fluctuaciones en los precios de los metales determinarán en última instancia las pérdidas y ganancias del mercado de reciclaje de baterías de iones de litio-y los precios de los metales se ven afectados por factores integrales como el suministro de recursos, el progreso tecnológico y los mercados descendentes. El ciclo de producción, por lo que los precios de los metales son el factor decisivo en el mercado-impulsado por el reciclaje de baterías de iones de litio-power, que no solo afecta el modelo de negocio de las baterías de iones de litio-power, sino también afecta la efectividad de la formulación e implementación de políticas.
3. Normas técnicas para la utilización en cascada: un método de reciclaje importante para las baterías de fosfato de hierro y litio es la utilización en cascada. Factores tales como los métodos de utilización en cascada y la seguridad han plagado la formulación de estándares. Los estándares demasiado altos harán que el mercado de la utilización en cascada se reduzca. No es propicio para el desarrollo a largo-plazo del mercado de utilización escalonada.
Por lo tanto, estos problemas deben resumirse y retroalimentarse continuamente en la práctica para mejorar aún más los estándares de políticas y los modelos comerciales.
2.2. Canales de reciclaje y métodos de reciclaje de baterías de iones de litio-power
Hay diferentes participantes y rutas de reciclaje en el proceso de reciclaje de baterías de iones de litio-de energía. Esto se debe principalmente a las diferencias en los métodos de venta, las formas de uso y la propiedad entre las diferentes baterías de iones de litio-de potencia. En la actualidad, en mi país, los canales de reciclaje de baterías de iones de litio-de potencia incluyen principalmente pequeñas empresas de reciclaje, empresas de reciclaje profesionales y centros de reciclaje gubernamentales. En los últimos años, con el fin de regular el mercado de reciclaje de baterías de iones de litio-de potencia, mi país ha emitido sucesivamente normas técnicas pertinentes para el desmantelamiento y reciclaje de baterías de iones de litio-de potencia:
En referencia a las rutas de reciclaje de baterías de los países desarrollados de Europa y los Estados Unidos, los fabricantes de baterías de iones de litio-energía a menudo asumen una responsabilidad importante en el reciclaje de baterías, mientras que los fabricantes de vehículos eléctricos y las empresas de arrendamiento de baterías entre las entidades participantes desempeñan un papel. en cooperación con los fabricantes de baterías de iones de litio-de potencia en el reciclaje. De acuerdo con la diferencia de los participantes en el camino del reciclaje de baterías de iones de litio-de energía desde los consumidores hasta los fabricantes de baterías de iones de litio{3}}de energía, teóricamente se puede dividir en tres rutas de reciclaje.
La primera ruta de reciclaje es reciclar las baterías de iones de litio -de energía de desecho a través de los concesionarios de vehículos eléctricos; la segunda ruta de reciclaje consiste en reciclar a través de empresas de alquiler de baterías, y las baterías de iones de litio{1}}de energía de desecho eventualmente fluyen para alimentar a los fabricantes de baterías de iones de litio-a través de las dos rutas de reciclaje anteriores (Algunos fabricantes también pueden formar conjuntamente una alianza de fabricantes) para el reciclaje; la tercera ruta de reciclaje eventualmente fluye hacia empresas de reciclaje de terceros-, pero las empresas de reciclaje de terceros-confían en puntos de venta de reciclaje de baterías de iones de litio-establecidos por ellos mismos.
Específicamente, de acuerdo con las tres rutas de reciclaje anteriores, con referencia a la teoría de la logística inversa, se pueden establecer diferentes modos de ruta de reciclaje de baterías de iones de litio-de potencia. El modo de reciclaje de los fabricantes de baterías de iones de litio-de potencia representados por Japón (incluidos los concesionarios de vehículos eléctricos y las empresas de arrendamiento de baterías) y el modo de reciclaje de las alianzas industriales representadas por países europeos y estadounidenses (de iones de litio-de potencia los fabricantes de baterías forman conjuntamente una alianza de reciclaje) Y el modo de reciclaje-de terceros. Con respecto a los diferentes tipos de empresas, debido a las diferencias en la situación actual de la empresa, se deben seleccionar diferentes modos de ruta de reciclaje de acuerdo con la situación real para maximizar los beneficios.
2.2.1. Utilización en cascada y recuperación de metales de baterías de fosfato de hierro y litio
Hay dos métodos principales de utilización después del reciclaje de baterías de fosfato de hierro y litio: utilización en cascada y reciclaje de desmantelamiento. Estos dos métodos no son mutuamente excluyentes, sino complementarios. La utilización en cascada de baterías de desecho se refiere al proceso en el que las baterías de iones de litio-de potencia pueden continuar utilizándose en posiciones de trabajo adecuadas mediante reparación, reacondicionamiento o refabricación cuando alcanzan la vida útil diseñada, y este proceso es generalmente el aplicación del mismo nivel o degradada. formulario.
The dismantling and recycling of used batteries mainly refers to the dismantling of used batteries through chemical, physical or biological means and recycling of the available resources. In February 2017, the "Interim Measures for the Administration of Recycling and Utilization of New Energy Vehicle Power Batteries" issued by the state mentioned that battery production companies are encouraged to cooperate with comprehensive utilization companies. Carry out multi-level and multi-purpose rational utilization of waste power batteries.
La batería de iones de litio -de energía de fosfato de hierro y litio de desecho se recicla primero en una cascada y luego se desmonta y recicla, lo que maximizará el valor de la batería después del desmantelamiento. El rendimiento de la batería de iones de litio-de potencia se atenuará con el aumento del número de usos, pero cuando la batería de iones de litio-de potencia no puede cumplir con el estándar de uso de los vehículos eléctricos y se retira, su rendimiento (capacidad de la batería) a menudo solo cae al 80 por ciento del rendimiento original. Cuando el rendimiento de la batería aún se mantiene en un 80 por ciento -20 por ciento, las baterías de iones de litio- de energía retirada se pueden usar en los campos de vehículos eléctricos de baja potencia, almacenamiento de energía en la red y almacenamiento de energía en el hogar. a su vez después de las pruebas y evaluaciones pertinentes. Y cuando el rendimiento de la batería cae al 20 por ciento, se puede desechar.
En las condiciones actuales, todavía existen grandes dificultades en la tecnología y el mercado para la utilización en cascada de baterías de iones de litio-de potencia retirada.
(1) Desde un punto de vista técnico, las baterías de iones de litio de potencia- y las baterías de almacenamiento de energía siguen diferentes estándares técnicos, y el campo de almacenamiento de energía tiene altos requisitos en el rendimiento de temperatura de las baterías, mientras que el litio de potencia parcialmente retirado{{ 2}}Las baterías de iones pueden no cumplir con los requisitos de uso de las baterías de almacenamiento de energía. El establecimiento de un modelo de predicción de la vida útil de la batería basado en el análisis del mecanismo de disminución de la capacidad no es perfecto, lo que genera dificultades en la evaluación y detección de la utilización del gradiente de las baterías de iones de litio-de energía retiradas.
(2) From the market point of view, the establishment of a reverse logistics system for cascade utilization is more complicated, and there are many links involved. It is more complicated than direct physical, chemical, and biological dismantling and recycling, and consumers' psychological acceptance of cascade utilization batteries is relatively high. Low.
En comparación con la utilización escalonada, el desmantelamiento y el reciclaje de baterías de iones de litio-de energía retiradas es una tecnología relativamente madura. La tecnología de tratamiento de baterías de iones de litio-de energía residual se puede dividir en métodos físicos, biológicos y químicos; los métodos físicos incluyen el método de flotación de trituración y el método de molienda mecánica, pero la eficiencia de separación es extremadamente baja y la recuperación de metales valiosos generalmente requiere un proceso de tratamiento-posterior; Los métodos biológicos utilizan el catabolismo microbiano para lograr la lixiviación selectiva y la recuperación de iones metálicos, pero los métodos biológicos todavía se encuentran básicamente al nivel de la investigación de laboratorio y tienen una cierta distancia de las aplicaciones a gran-escala.
Los principales métodos de desmantelamiento y reciclaje son básicamente métodos químicos, que incluyen tres procesos de tratamiento, tratamiento con fuego, tratamiento húmedo y reparación y regeneración de electrodos. El tratamiento con fuego es un método de tratamiento de residuos relativamente primario. El principio importante es que la incineración a alta-temperatura de la batería después de desmontarla o triturarla hace que la materia orgánica de la batería se descomponga por oxidación, y los elementos metálicos de los materiales de los electrodos y los materiales de embalaje se convierten en óxidos metálicos estables. Luego separe y recicle. Hay muchas investigaciones relacionadas con la tecnología de procesamiento húmedo. El principio importante es usar una solución ácida y una solución alcalina para disolver el material del electrodo y luego realizar la separación y purificación de cada elemento en la fase líquida. El proceso de reparación y regeneración de electrodos es un proceso de tratamiento que ha surgido en los últimos años. Los materiales de los electrodos de las baterías de iones de litio -de desecho se desmontan y separan, y se tratan con métodos electroquímicos o de química física para restaurar su estructura dañada y su rendimiento electroquímico, de modo que el material pueda volver a utilizarse para su uso o como un precursor para la preparación de nuevos materiales de electrodos.
2.2.2. Recuperación de material catódico y regeneración de batería ternaria
En la actualidad, la ruta técnica de recuperación y regeneración de material de cátodo ternario se divide principalmente en las dos formas siguientes:
Reparación y regeneración física. Para los materiales de cátodo ternario que solo pierden el elemento de litio activo, el elemento de litio se agrega, repara y regenera directamente mediante sinterización a alta-temperatura; para los materiales de cátodo con deterioro severo de la capacidad y cambios en la estructura cristalina de la superficie, se lleva a cabo un tratamiento hidrotérmico y una sinterización a alta-temperatura a corto-plazo. regeneración;
Existen tres métodos principales para el reciclaje metalúrgico: fuego, húmedo y biolixiviación. Entre ellos, el método de fuego tiene un alto consumo de energía, pérdida de componentes valiosos y la aparición de gases tóxicos y nocivos; el método de lixiviación biológica tiene un efecto de tratamiento deficiente, ciclo largo y dificultad para cultivar bacterias; en contraste, el método húmedo tiene alta eficiencia y operación confiable. , bajo consumo de energía, sin gases tóxicos y nocivos y otras ventajas, por lo que la aplicación es más común.
2.3. Piedra de otras montañas, modo de reciclaje de batería de iones de litio-de energía extranjera
2.3.1. Estados Unidos: Leyes sólidas de reciclaje de baterías y popularización del conocimiento sobre reciclaje
Las leyes de reciclaje de baterías usadas en los Estados Unidos son sólidas y el sistema de leyes pertinentes involucra los niveles federal, estatal y local. Los tres niveles de leyes se complementan y regulan entre sí, lo que hace que el sistema legal de reciclaje de baterías de EE. UU. sea perfecto, completo y específico.
A nivel federal, el gobierno regula los fabricantes de baterías y las empresas de reciclaje de baterías de desecho mediante la emisión de licencias.
At the state level, most states have adopted battery recycling regulations proposed by the Battery Council International (BCI) to guide retailers and consumers by participating in pricing mechanisms for used battery recycling. For example, the New York State Rechargeable Battery Act and the California Rechargeable Battery Recycling Act require rechargeable battery retailers to recycle consumers' disposable rechargeable batteries at no charge.
A nivel local, la mayoría de las ciudades de los Estados Unidos han promulgado reglamentos de reciclaje de baterías eléctricas para mitigar los peligros ambientales de las baterías usadas. El Consejo Internacional de Baterías de EE. UU. promulgó la Ley de Administración de Productos de Baterías, que creó un sistema de depósito de reciclaje de baterías para alentar a los consumidores a recolectar y devolver las baterías usadas.
There are many institutions in the United States to popularize the recycling knowledge of used batteries, and the national recycling awareness is generally strong. Take the National Battery Council International (BCI) as an example. As an authoritative third-party organization for battery recycling, the organization not only coordinates battery recycling in various states, but also details the popularization of battery recycling classification process and specifications. . BCI has a large number of documents and pictures on its official website to guide the battery recycling of individuals and companies, and, due to the different recycling methods of lead-acid batteries and lithium-ion batteries, BCI's process guidance even includes guidance for individuals and companies in recycling batteries. The distinction between lead-acid batteries and lithium-ion batteries.
2.3.2. UE: Sistema de Responsabilidad del Productor más Sistema de Alianza
La Unión Europea fue la primera región en centrarse en el reciclaje de baterías y en tomar medidas. En 1991 se introdujo la Directiva sobre baterías y acumuladores que contienen ciertas sustancias peligrosas, que estipulaba que estas baterías debían reciclarse por separado. La UE comenzó temprano en el reciclaje de baterías 3C y baterías de plomo-ácido, y ha acumulado una gran cantidad de experiencia relevante. En 2006, se introdujo la política de reciclaje y tratamiento de baterías de desecho (2006/66/EC), y se formó un sistema de apoyo (sistema de responsabilidad extendida del productor) en el que las empresas productoras de baterías de iones de litio-energía eran responsables de la principal cuerpo de reciclaje. Entre ellos, en Alemania, la conciencia de la responsabilidad del productor y la división del trabajo para el reciclaje son claramente la fuente de poder. El énfasis en el reciclaje de baterías de iones de litio-de potencia ha hecho que Alemania logre logros notables en el sistema legal, la división de responsabilidades y las rutas técnicas para el reciclaje de baterías.
The integration of responsibility, obligation and law is the foundation of Germany's complete power lithium-ion battery recycling system. The German government has promulgated the Recycling Act in accordance with directives such as the Waste Framework Directive (Directive2008/98/EC), the Battery Recycling Directive (Directive2006/66/EC), and the End-of-Life Vehicle Directive (Directive2000/53/EC). , "Battery Recycling Law", "Scrap Vehicle Recycling Law" and a series of relevant recycling laws.
Bajo las restricciones del marco legal relevante, el sistema de reciclaje de baterías usadas en Alemania tiene una clara división del trabajo. Los productores, consumidores y recicladores de la cadena industrial tienen responsabilidades y obligaciones correspondientes. Las baterías producidas o importadas por los fabricantes de baterías deben estar registradas ante el gobierno, los distribuidores intermedios son responsables de construir una red de reciclaje de baterías y los usuarios también están obligados a devolver las baterías usadas a las agencias de reciclaje correspondientes.
In addition, Germany places great emphasis on the "extended producer responsibility system" in power recovery. For example, Volkswagen, BMW and other new energy vehicle manufacturers actively recycle used batteries. Among them, BMW is committed to realizing the power lithium-ion battery value chain by establishing an industrial closed loop. In this value chain, from battery production raw materials, battery research and development, battery production, battery installation, to battery recycling to obtain valuable battery production raw materials , forming a closed loop to maximize the value of power lithium-ion batteries.
At the same time, BMW has also cooperated with Umicore, Vattenfall, Bosch, NextEra, etc. to explore the cascade utilization of retired power lithium-ion batteries in energy storage systems. BMW has successfully achieved energy storage grid stabilization by using the waste power lithium-ion batteries of the BMW i3 and MINIE prototypes. A total of 700 BMW i3 batteries are stored at its energy storage yard at the BMW Group's Leipzig plant, demonstrating that at the end of a car's battery life, profits can be made by giving the batteries a second life (as part of a sustainable energy model) .
2.3.3. Japan: Recycling mode of power lithium-ion battery under the development of "preparing for a rainy day"
Afectado por la escasez de materias primas, Japón es líder mundial en el reciclaje de baterías usadas. Reciclaje de baterías en Japón
