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【CCVF2026】張寶峰:雙電協同回收動力電池新技術

2026年3月25日-27日,2026商用車產業(yè)發(fā)展會議在湖北省十堰市舉辦。本屆會議由中國汽車工業(yè)協會主辦,以“綠色轉型、數智賦能、融合發(fā)展——馭勢謀遠共筑新生態(tài)”為主題,采用“1+1+6+N”模式,即1場閉門會議,1場開幕式暨全體會議,6個專題會議及其他相關對接、展覽展示等活動,旨在凝聚行業(yè)共識、破解轉型難題、共繪發(fā)展藍圖。其中,在3月26日下午舉辦的“專題會議一:雙碳目標下的商用車新能源技術突破”上,湖北汽車工業(yè)學院博士張寶峰發(fā)表精彩演講。以下內容為現場發(fā)言實錄:

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尊敬的何毅秘書長、各位專家,大家下午好,我給大家?guī)淼膮R報是《雙電協同回收動力電池新技術》。

我國已經連續(xù)11年位居全球產銷量世界第一,鋰電池作為新能源汽車產業(yè)的重要組成部分,它的性能在一定程度上決定了新能源汽車的駕駛體驗。一般來說鋰電池使用壽命為5—8年,因此,鋰電池回收時代已經來臨。

為什么要回收鋰電池呢?首先,廢棄鋰電池具有金屬、電解液、塑料等物質,如果不妥善解決,會對環(huán)境造成嚴重危害。

其次,從新能源產業(yè)鏈安全來講回收是非常有必要的。我國雖然是鋰電池產業(yè)的大國,但是我們并不是強國。我們新能源產業(yè)產業(yè)鏈中的鋰、鎳、鈷對外依存度超過80%,每年需要進口上百萬礦石。再次,廢棄鋰電池是寶貴的城市礦產,里面里鋰、鎳、鈷的含量遠超對應的礦石,隨著現在鋰、鎳、鈷、錳等金屬等價格回升,鋰電池的回收絕對是非常有必要的。

據預測,廢舊電池回收市場規(guī)模到2026年將產生780億的市場,2030年到1400億,回收量非常巨大。

從政策層面來講,國家6部委聯合出臺了《新能源汽車廢舊動力電池回收和綜合利用管理暫行辦法》,要求實現車電一體報廢。而且國家一直推行白名單制度,要求規(guī)范回收。電池退役下來有兩種方式,第一種是梯次利用,就是電池退役完回收以后用到別的地方繼續(xù)使用。不管怎樣,鋰電池最終都要實現原子級或者產品級的回收。

當前主流方式回收方法主要是火法回收、濕法回收?;鸱ɑ厥赵趪獗容^流行,把鋰電池放到爐子里,通過高溫燒成爐渣,但產物是混合物,難于利用,還要借助濕法回收。濕法回收通過酸堿將鋰電池溶解后,利用元素化學性質的差異,逐級沉淀,得到對應的化合物。由于元素化學性質相近,相互之間產生干擾,所以需要工序相對復雜,產物純度相對來說沒有那么高。直接修復是理想回收方式,通過給電池打一針,或者添加對應材料,低溫燒結,電池就自我修復,但產物的穩(wěn)定性仍然需要提高。

基于此,我們提出了雙電協同回收鋰電池新技術,實現在鋰電池回收領域的“彎道超車”。電池為什么會性能衰減呢?其原因主要是鋰離子損失和結構的坍塌。鋰離子就像住在房子里的人,房子結構破壞,相應的住戶就要到房子外面。

電化學回收也是同樣的方式。通過外加電壓,將所有的鋰離子從正極材料體相遷移到溶液中,最后剩下廢舊材料框架。框架是固體,在溶液底部,鋰離子在溶液中。通過過濾的方式實現框架和鋰離子的分離。然后,在溶液中加入沉淀劑,實現鋰離子的回收。傳統的回收方式主要在陽極發(fā)生氧化反應,陰極電子沒有利用,因此,反應受限,氧化回收難以控制?;诖耍覀冊O計了基于電化學循環(huán)的鋰電池正極材料一體化設備,將傳統的十幾步濕法工藝用五步回收,適用于現在鋰電池回收。而且,中間產物能夠循環(huán)利用,實現回收產業(yè)領域進一步的低碳化。

具體來講,主要技術有三個:1)電化學回收技術,2)接觸電回收技術,3)單純高純回收技術。

對于電化學回收,傳統方式主要利用陽極氧化,現在,我們破解了陰極氧化的難題,實現陰極跟陽極同時利用,電能利用率翻倍,中間氧化物數量增多,回效率翻倍。同時,為了更好節(jié)能和調控反應速率,設計混聯分段電極,將電荷利用率進一步提高到95%。重要的是,酸堿使用量明顯降低,使用的化學物質量是現在傳統回收工藝的15%。

雖然陽極產生氧化物質,陰極也產生氧化物質,但氧化物質的氧化性不同,導致陰極產物和陽極產物可能發(fā)生負反應。借助現在的電催化技術,我們使用催化劑不僅將陰極產物和陽極產物氧化成更高電位的產物,而且實現了氧化物質翻倍。這樣不只能回收低電位的磷酸鐵鋰,高電位的三元材料也可以回收。

雙電回收技術將傳統的濕法工藝步驟多、酸堿試劑用量大、成本高的問題,通過五個步驟實現了低成本、節(jié)能循環(huán)。

隨著新能源汽車的發(fā)展,鋰電池的續(xù)航問題備注關注。提高材料的壓實密度是解決方法之一?,F在的第四代磷酸鐵鋰,壓實密度要到2.6g/cm3,同時要保持高容量。回收后的磷酸鐵鋰材料,配上特定元素摻雜,能夠在低溫燒結的基礎上,實現壓實密度的顯著提升。

鋰電池除了正極材料外,還有隔膜、電解液、外殼,也需要綜合考慮回收可行性。由于雙電回收工藝需要用電,我們在2023年提出來物質與能量雙循環(huán)體系,利用廢棄的外殼、隔膜做成新的發(fā)電器件—摩擦納米發(fā)電機。這個納米發(fā)電機雖然現在發(fā)電量比較小,但是形式多種多樣,不僅能收集風能,還可以收集平時振動的能量,作為光伏發(fā)電的補充,能夠實現以廢治廢循環(huán)體系建設。配合我們的五步回收工藝,能夠實現全流程自動化。

經過國家一級查新中心查新驗證,雙電回收技術具有先進性。在團市委和學校的指導下,我們成立了湖北汽車工業(yè)學院動力電池循環(huán)再生青科突擊隊,專注于電池回收產學研建設,獲得湖北省崗位建功競賽二等獎等。相關工作,在大學生競賽中獲得三項國獎,八項省獎。

未來,我們將繼續(xù)深耕電池回收技術,開展電池回收閉環(huán)設計,開發(fā)更多的衍生技術,為新能源產業(yè)供應鏈建設貢獻自己的力量。

謝謝大家。

(注:本文根據現場速記整理,未經演講嘉賓審閱)

來源:中國商用車論壇

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