锂电池回收的推进始于对创新的投资

Workers sort batteries at the lithium-ion battery recycling firm Li-Cycle, in Kingston, Ontario, Canada March 7, 2023.
Recycling lithium-ion batteries is becoming an environmental imperative as electric vehicle uptake continues.Image: REUTERS/Lars Hagberg
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  • 目前仍有太多锂离子电池未被回收,造成宝贵材料的浪费,而这些材料本可以让电动汽车更加可持续且更具可负担性。

  • 电池回收市场具有强劲的增长潜力,有望满足当前市场需求的很大一部分。

  • 私营部门必须通过投资创新,推动电池回收实现规模化发展。

回收的锂离子电池材料具有满足三分之一的需求的潜力,即美国到2030年正极材料需求的潜力——但要使该行业达到应有的水平,仍需做更多工作。

在监管层面,相关工作才刚刚起步。今年冬季,新泽西州使将电动汽车(EV)电池丢弃于垃圾填埋场的行为成为非法。相比之下,在欧洲,一项近期出台的法律将要求新电池在2031年前至少含有6%的再生锂和镍。尽管政府的举措令人鼓舞,但其成效取决于全行业的支持。

锂离子电池回收的未来

我们应当思考的问题是,电池回收的未来可能呈现何种图景?我们是否将重新利用宝贵材料以形成生产闭环?抑或是,分散割裂的政策将使电池回收几乎不可行,并在经济上难以承受?私营部门并非只能“观望”并等待公共部门的强制性要求,如今它有机会作为负责任的参与者,推动可持续的生产实践,并发挥其最擅长的作用:在材料开发和技术规模化方面进行创新。

事实上,我们已经看到了令人鼓舞的发展势头。国际清洁交通委员会(ICCT)估计,美国的锂离子电池回收设施目前每年可处理约10万吨,而未来十年的规划项目预计将产能提升至超过65万吨。

随着第一批电动汽车即将达到使用寿命终点,现在正是私营部门加大电池投资力度的时候。推动“可持续”的电动汽车转型,实现我们所期望的未来,责任在于我们。

回收的价值

能够为汽车充电并以清洁能源行驶数百英里,既是一项工程技术成就,也是迈向脱碳的重要一步。然而,电动汽车电池外壳内所用材料既昂贵又有限。电池正极中使用的钴、镍、锰和锂等金属,每千克成本可能在4美元至35美元之间。若不进行金属回收,我们可能会在2030年代面临供应缺口。从历史上看,回收稀土金属的障碍包括:电池回收收集做法不一致、回收设施存在爆炸风险的担忧,以及高昂的加工成本等;然而,事实是,工艺和材料创新正在稳步降低回收成本,同时锂电池化学技术也在不断改进。

电池回收的价值不仅限于材料成本。对许多国家而言,这也关乎国家安全。中国控制着电动汽车电池材料供应链的90%,因此,加强再生材料和本地供应链建设,有助于各国整体抵御市场波动。

在思考电池回收的价值时,我们还应考虑不回收的代价。丢弃电池会浪费珍贵资源,并扩大因持续加工原生材料而产生的大量碳足迹。此外,不进行回收还会带来人类和环境方面的成本。例如,将原生矿石加工为可用金属会对水资源和能源使用产生影响,并可能对环境造成负面影响。总体而言,原生材料的加工流程比使用再生材料的碳足迹更高。事实上,若将环境和能源成本纳入考量,回收的成本是比制造成本低10倍。

锂离子电池的需求正快速增长,且这一趋势预计在短期内不会改变。Image: 德意志银行

即将到来的创新

在创新方面,电池回收领域有三大主要方向展现出强劲的经济潜力,并有望带来积极影响。

第一个方向是石墨回收,它已成为实现阶段性改进的关键领域。有迹象表明,在石墨回收中加入氟,可减缓电池内部的化学反应和退化,从而进一步提升电池性能。第二个方向是电解质回收,由于其化学不稳定性和复杂的分离过程,这一工作可能颇具挑战。然而,研究人员正试图找到更高效的实现方法。第三个方向是锂提取,目前正在开发新的技术和工艺,可从黑粉中提取LiPF6及锂盐黑粉。

尽管这些工艺技术尚处于起步阶段,但已有企业证明这是可以实现的。例如,Orbia近期宣布与Ascend Elements合作,以扩大一项工艺技术的规模,该技术可用于从废旧电池中提取纯度达99.9%的石墨。此外,Orbia正在参与一个由美国能源部支持的项目,与美国国家可再生能源实验室合作开发常温石墨回收工艺,并与爱达荷国家实验室合作,探索电解质回收及电极再利用的方法。Nth Cycle和Redwood Materials等先锋企业也分别在探索电提取技术,以替代湿法冶金,以及闭环提取工艺。

锂离子电池回收是我们必须通过创新加以解决的重要问题,以便为电池材料需求提供可持续的解决方案。回收是可行的;我们只需看看目前已在很大程度上被回收利用的铅酸电池所取得的成功即可。投资于锂离子电池回收工艺的必要性已十分明确。现在,我们必须付出艰辛努力,持续创新,满电出发,继续前行。

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