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鋰電池回收——LFP廢舊極片的回收與修復(fù)

時(shí)間:2025-07-04        來(lái)源:

在全球能源轉(zhuǎn)型的浪潮下,動(dòng)力電池、儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展日新月異,其中磷酸鐵鋰電池(LFP電池)因具有能量密度較大、安全性高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、成本較低、環(huán)境友好且技術(shù)成熟等優(yōu)勢(shì),在新能源汽車、電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,相較于三元鋰電池而言,磷酸鐵鋰電池市場(chǎng)占比較大。

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△ 鋰離子電池介紹

鋰電池回收是實(shí)現(xiàn)電池循環(huán)利用、可持續(xù)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵一步。由于動(dòng)力電池自身的化學(xué)性質(zhì),其容量會(huì)隨使用時(shí)間的增長(zhǎng)而衰減,磷酸鐵鋰電池理論壽命為7~8年,真正壽命只有4-6年,隨著磷酸鐵鋰電池的大規(guī)模使用,退役磷酸鐵鋰電池報(bào)廢量及產(chǎn)間廢料也將逐年增加,若未處理就直接丟棄或處理不當(dāng),會(huì)導(dǎo)致有價(jià)值的金屬流失,而其中的有機(jī)化合物、電解質(zhì)和塑料聚合物則會(huì)污染環(huán)境甚至危害人體健康。

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△ 磷酸鐵鋰電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)(左);磷酸鐵鋰報(bào)廢極片(右) 圖片來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)

鋰電池回收產(chǎn)業(yè)鏈在遵循可持續(xù)發(fā)展的三個(gè)原則下(經(jīng)濟(jì)性、效率性、環(huán)境友好),目前有多種回收路徑,包括:電池原材料再制造、電池制造過(guò)程中產(chǎn)生的報(bào)廢極片回收梯次利用、廢舊電池極片料修復(fù)、退役電池梯次利用、退役電池再生處理、廢舊電池全資源回收等電池回收技術(shù)。隨著技術(shù)創(chuàng)新與政策扶持不斷推動(dòng)鋰電池回收行業(yè)發(fā)展,再生磷酸鐵理電池也逐步得到市場(chǎng)認(rèn)可,市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)。

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△ 鋰電池回收產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

另一方面,磷酸鐵鋰正極材料是磷酸鐵鋰電池的核心組成部分,直接決定電池的能量密度,且在LFP電池成本中占比較高,達(dá)35%~40%。正極材料的高效回收不僅對(duì)環(huán)境友好,還能大幅度降低生產(chǎn)成本;而電池的負(fù)極一般采用的是石墨電極,石墨的價(jià)值相對(duì)于正極材料而言要低的多,回收的關(guān)注度較低。因此,對(duì)于高效、環(huán)保的鋰電池回收再生高品質(zhì)磷酸鐵鋰技術(shù)的探索迫在眉睫。


廢舊磷酸鐵鋰電池極片回收利用現(xiàn)狀

根據(jù)不同的極片來(lái)源,可以分別采用直接修復(fù)再生修復(fù)兩種技術(shù)路線,使磷酸鐵鋰正極材料資源回收最大化。回收處理后的LFP電池黑料或再生磷酸鐵鋰電池最終可重新應(yīng)用于低速車、儲(chǔ)能、電信基站或粉末冶金等領(lǐng)域,從而實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰資源的循環(huán)利用。

極片來(lái)源

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△ LFP電池極片回收來(lái)源

·社會(huì)退役:以新能源汽車為例,動(dòng)力電池的容量衰減至80%時(shí),需從汽車上退役,容量在80% ~30%之間時(shí),可以在其他領(lǐng)域進(jìn)行梯次利用;容量衰減至30%以下時(shí)可進(jìn)行再生回收,通過(guò)物理、化學(xué)等方法進(jìn)行拆解,得到廢舊極片,修復(fù)再生提煉原材料;

·產(chǎn)間廢料:磷酸鐵鋰電池在制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的未注液報(bào)廢極片、不良極片、未注液電池拆解出的極片(報(bào)廢率3~5%),該類極片因材料性能未遭破環(huán),鋰含量極高(大于4%以上),通過(guò)高效剝離、短流程修復(fù)后,可直接再利用,無(wú)需濕法提煉,具有極高的梯次利用價(jià)值;

·庫(kù)存退役:因碳酸鋰價(jià)格下降而虧損停產(chǎn)的庫(kù)存原料及產(chǎn)能過(guò)剩造成的庫(kù)存電池。

行業(yè)痛點(diǎn)

當(dāng)前廢舊磷酸鐵鋰極片回收行業(yè)面臨技術(shù)壁壘高、經(jīng)濟(jì)效益低及市場(chǎng)認(rèn)可度低等多方面的挑戰(zhàn)。

·傳統(tǒng)廢舊極片回收未區(qū)分未注液極片和注液極片的區(qū)別,多籠統(tǒng)進(jìn)入再生回收提鋰,大部分企業(yè)針對(duì)未注液極片以濕法浸出,再合成碳酸鋰和磷酸鐵為主,存在流程長(zhǎng)、成本高、酸浸渣難處理等問(wèn)題。

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·未注液的報(bào)廢極片短流程直接修復(fù)存術(shù)壁壘高,剝離料得率低、Al雜質(zhì)含量高、產(chǎn)品性能差,且處理成本高,環(huán)境負(fù)荷大。

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·注液的磷酸鐵鋰廢舊極片從退役電池中拆解出來(lái)后,常用火法冶金(高溫焙燒)、濕法冶金(酸浸、堿浸)等,存在回收成本高、極片組分分離效率低、雜質(zhì)難控、回收產(chǎn)品品質(zhì)低等問(wèn)題。

LFP電池極片回收行業(yè)需要不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新,開(kāi)發(fā)更高效、低成本、環(huán)保的磷酸鐵鋰再生修復(fù)技術(shù),并結(jié)合政府支持、市場(chǎng)認(rèn)可度及高值化應(yīng)用拓展,實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰極片回收的可持續(xù)發(fā)展。

市場(chǎng)概況

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△ 退役動(dòng)力電池全生命周期循環(huán)再造圖示 圖片來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)

2024年,我國(guó)鋰電池正極材料出貨量為329.2萬(wàn)噸,同比增長(zhǎng)32.9%;其中,磷酸鐵鋰電池得益于其生產(chǎn)成本、安全性等優(yōu)勢(shì),在儲(chǔ)能及中低端新能源汽車領(lǐng)域需求強(qiáng)勁,市場(chǎng)份額繼續(xù)擴(kuò)大,拉動(dòng)正極材料出貨量整體增長(zhǎng),磷酸鐵鋰材料出貨量同比增長(zhǎng)48.2%,在整個(gè)正極材料出貨量中的市場(chǎng)份額增至73.7%;三元鋰材料受需求疲軟與貿(mào)易壁壘拖累,份額進(jìn)一步收縮,出貨量同比下滑3.2%,市場(chǎng)占有率收縮至19.5%。

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△ 2024年我國(guó)鋰離子電池正極材料出貨量(來(lái)源:EVTank 聯(lián)合伊維經(jīng)濟(jì)研究院統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),大公國(guó)際整理)

在鋰電池正極材料產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用中,動(dòng)力電池占據(jù)主導(dǎo)地位。2024年,我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量分別達(dá)1288.8萬(wàn)輛和1286.6萬(wàn)輛,同比分別增長(zhǎng)34.4%和35.5%,動(dòng)力電池累計(jì)裝機(jī)量 548.4GWh,累計(jì)同比增長(zhǎng) 41.5%;其中,磷酸鐵鋰電池裝機(jī)量409GWh,同比增長(zhǎng)56.7%,以74.6%的市場(chǎng)份額鞏固主流地位。同期,三元電池裝車量139.0GWh,市場(chǎng)份額25.3%,同比增速僅10.2%。

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△ 歷年退役動(dòng)力電池?cái)?shù)量(來(lái)源:CABRCA統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),大公國(guó)際整理)

根據(jù)中國(guó)電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)電池回收利用委員會(huì)產(chǎn)業(yè)研究部測(cè)算,預(yù)計(jì) 2025 年動(dòng)力電池退役總量約82萬(wàn)噸,2028年起將突破400萬(wàn)噸/年大關(guān),伴隨規(guī)模化效應(yīng)顯現(xiàn),屆時(shí)行業(yè)產(chǎn)值有望突破2800 億元,我國(guó)動(dòng)力電池回收及綜合利用行業(yè)隨動(dòng)力電池大規(guī)模退役或?qū)⑦M(jìn)入高速發(fā)展階段。

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△ 2020年以來(lái)我國(guó)動(dòng)力電池裝車量情況 (來(lái)源:Wind統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),大公國(guó)際整理)

在動(dòng)力電池大規(guī)模退役浪潮的趨勢(shì)下,報(bào)廢極片回收市場(chǎng)容量還將持續(xù)上升。不論從環(huán)境保護(hù)還是經(jīng)濟(jì)效益的角度考量,對(duì)廢舊鋰離子電池進(jìn)行資源回收利用勢(shì)在必行,磷酸鐵鋰報(bào)廢極片回收市場(chǎng)潛力巨大。

武漢先進(jìn)院技術(shù)介紹

武漢先進(jìn)院依托強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)及豐富的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)布局鋰電池回收——磷酸鐵鋰廢舊極片的回收與修復(fù)。該技術(shù)針對(duì)不同正極廢料(注液/未注液)回收來(lái)源,創(chuàng)新性開(kāi)發(fā)了短流程、綠色、高效的回收工藝,對(duì)LFP正極片通過(guò)剝離、除雜、篩分處理后,再進(jìn)行直接修復(fù)或再生修復(fù)為高性能磷酸鐵鋰(LFP黑料),可直接利用或與磷酸鐵鋰新料混摻使用。

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△ LFP電池正極廢料來(lái)源分類 圖片來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)

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△ LFP廢舊正極片回收工藝流程

01 報(bào)廢極片回收梯次利用

項(xiàng)目介紹:

以未注液極片為原料,通過(guò)自研開(kāi)發(fā)的黑料自動(dòng)分選機(jī),實(shí)現(xiàn)了磷酸鐵鋰活性物質(zhì)與鋁箔的高效剝離,經(jīng)短流程修復(fù),再生料與新料性能相當(dāng),具有極高的梯次利用價(jià)值。

技術(shù)優(yōu)勢(shì):

·工藝成本低:工藝簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保、成本低

·雜質(zhì)含量低:自研自動(dòng)化分選設(shè)備,LFP黑料回收率高(≥95%),鋁雜質(zhì)含量低(≤100 ppm)

·產(chǎn)品性能好:再生料加工性能、電化學(xué)性能堪比新料

02 廢舊電池極片料修復(fù)

項(xiàng)目介紹:

以注液極片為原料,與未注液極片修復(fù)不同的是,需要在剝離工藝流程后再進(jìn)行磷酸鐵鋰正極料的原位修復(fù)再生,修復(fù)產(chǎn)品性能可達(dá)新料標(biāo)準(zhǔn),極具經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、社會(huì)效益。

技術(shù)優(yōu)勢(shì):

·工藝流程短、能耗低、經(jīng)濟(jì)環(huán)保

·修復(fù)料品質(zhì)好,關(guān)鍵雜質(zhì)含量低

·修復(fù)產(chǎn)品電化學(xué)性能與新料相當(dāng),可以滿足大規(guī)模儲(chǔ)能的應(yīng)用要求

武漢先進(jìn)院電池材料中心

武漢先進(jìn)技術(shù)研究院依托中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院磷基負(fù)極材料的研究基礎(chǔ),自2021年成立電池材料研發(fā)中心,已承接湖北省企業(yè)委托研發(fā)項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)近8000萬(wàn)元,順利完成了低成本磷基正極、高性能電解液和快充型磷碳負(fù)極材料的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和中試放大驗(yàn)證等項(xiàng)目。中心面向新能源汽車關(guān)鍵材料需求提供技術(shù)研發(fā)服務(wù),聚焦電池正極、負(fù)極和電解液三大主材,開(kāi)展高性能電池材料研發(fā)與技術(shù)攻關(guān),打造了動(dòng)力電池全生命周期管理技術(shù)體系。團(tuán)隊(duì)綜合湖北磷化工產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì),針對(duì)鈉電材料、固態(tài)電池、下一代高品質(zhì)粘結(jié)劑、分散劑、電池全元素回收和錳基正極材料技術(shù)等進(jìn)行前瞻布局,推動(dòng)湖北磷化工產(chǎn)業(yè)步入3.0時(shí)代。

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