行业领域

能源与环境

需求背景

在2023年，我们见证了国内动力锂电池退役规模的显著增长，超过了24GWh，而锂电池回收市场规模也相应地突破了100亿元人民币。然而，传统的电池回收利用系统存在诸多不完善之处，这不仅影响了回收效率，还伴随着大量的有害污染气体排放，对环境造成了严重的影响。锂离子电池作为一种重要的储能设备，其内部含有5-20%的钴，5-10%的镍，以及5-7%的锂等大量有价金属资源。这些金属在电池中扮演着关键角色，尤其是正极材料，其成本大约占据了电池总成本的40%左右。但是，正极材料中不仅含有丰富的有价金属，还含有氟元素和重金属，这些成分如果处理不当，会对环境构成严重威胁。鉴于废旧锂离子电池正极材料的高价值以及其潜在的毒性，迫切需要开发一种绿色、低成本的正极材料回收技术。这样的技术能够有效地实现有价金属的循环利用，从而减少环境污染，促进资源的可持续发展。 

需解决的主要技术难题

1. 电池回收系统的完善与高效化.传统电池回收系统存在不完善的问题，导致回收效率低、资源浪费严重，无法充分实现废旧电池的循环利用。需设计高效的回收工艺流程，提高废旧电池中有价金属的提取率；建立完善的回收体系，包括电池回收、分类、存储及处理的全流程标准化系统。

2. 有害物质排放的绿色化处理。现有回收技术伴随大量有害污染气体的排放，例如氟化物、重金属残留和有机溶剂挥发物，对环境和人体健康构成威胁。需  开发环保型的回收工艺，减少或完全避免有害气体的排放；优化废液、废气的处理技术，实现对废弃物的绿色化处置。

3. 高附加值金属的高效提取与循环利用。锂离子电池中含有钴、镍、锂等高价值金属，尤其是钴和镍，但现有回收技术提取率较低、分离工艺复杂，导致资源浪费。需提高金属提取率，力争钴、镍、锂的回收率达到95%以上；优化分离技术，实现对正极材料中多种有价金属的高效、精确分离，减少金属间的交叉污染。

4. 正极材料回收技术的绿色低成本化。正极材料回收成本高且过程复杂，现有技术依赖高温焚烧和强酸浸出等方式，不仅成本高，还对环境产生负担。需开发低能耗、低成本的回收技术，如湿法冶金处理或新型物理分离工艺；研究低温条件下的材料回收与再利用技术，减少能源消耗。

5. 氟化物和重金属的安全处理与再利用。正极材料中富含的氟化物和重金属成分对环境构成严重威胁，现有技术对氟化物的分离与处理不足。需研发氟化物的专用分离技术，实现化学性能稳定化，避免其进入环境中；对重金属废弃物进行安全处理和再利用，减少环境污染的同时提高资源利用率。

6. 正极材料的再制造与性能优化。回收的正极材料在结构和性能上可能存在劣化，难以直接应用于新电池的制造。需研究正极材料的再制造工艺，提高回收材料的性能和一致性，使其具备商业化应用的竞争力；针对不同类型的正极材料（如三元材料、磷酸铁锂等），开发差异化的再生技术。

7. 回收工艺的规模化与经济可行性。现有回收技术多处于实验室或小规模应用阶段，难以大规模投入工业化生产，且经济性不高。需提升技术工艺的规模化水平，满足动力电池回收日益增长的需求；降低回收成本，确保经济效益，使其具备市场竞争力。

8. 废旧电池资源化利用的标准化与规范化。废旧电池回收过程中缺乏统一的技术规范和行业标准，导致不同企业间技术不兼容、资源浪费。需制定废旧动力电池回收的行业标准，包括分类、拆解、处理和再利用等全链条规范；推动回收环节的数字化管理，实现可追溯性和高效流通。

9. 产业链协同与政策支持。产业链上下游协作不足，电池生产、使用、回收之间缺乏有效联动，制约了回收产业的健康发展。需加强生产企业和回收企业的协同，构建闭环式产业链；推动回收技术与政策支持的深度结合，鼓励企业参与废旧电池回收。

期望实现的主要技术目标

1. 高效绿色的电池回收流程。 （1）电池拆解效率：≥98%（指电池单元的快速分解率），大幅提升拆解过程的自动化和精确化。 （2）碳排放降低：废旧电池全流程回收碳排放量降低30%以上（参考国际绿色回收工艺，碳排放约控制在0.5吨CO₂/吨电池以下）。 （3）自动化程度：回收处理自动化水平达到90%以上，减少人工干预，提升拆解精度。 （4）绿色环保性：全流程无废液排放或实现废液回收率≥95%，避免二次污染。 拟定技术路径： 研发智能化拆解设备，利用机器人自动拆解技术实现精准分离电池模块。 引入无污染的干法工艺取代传统的焚烧或强酸浸出技术（如基于真空热解、超声波辅助分离等）。 2. 有价金属的高效提取与循环利用。 （1）钴提取率：≥98%（现有技术约为95%，未来目标接近理论最大值）。 （2）镍提取率：≥98%。 （3）锂提取率：≥95%（参考文献显示，湿法冶金提锂率目前在90%左右，未来目标是进一步优化工艺）。 （4）金属回收纯度：≥99.5%，满足新型电池材料的使用需求。 （5）正极材料回收成本：低于30,000元/吨（目前市场成本约为40,000-50,000元/吨，目标是降低回收经济门槛）。 拟定技术路径： 开发高效湿法冶金技术，采用低酸浓度浸出工艺或离子液体萃取技术，减少化学试剂用量，优化金属分离效率。 结合多级萃取与膜分离技术，实现对钴、镍、锂等金属的分步高纯度提取。 3. 氟化物及重金属的安全处理。 （1）氟化物回收率：≥90%（通过高效分离工艺提取氟资源）。 （2）重金属去除效率：≥99%（确保废液、废气中重金属含量低于国家排放标准）。 （3）二次污染控制：废液中氟和重金属含量≤1 mg/L（达到环保法规要求）。 拟定技术路径：研究以离子交换树脂和化学反应沉淀为核心的氟化物分离回收工艺；利用固体吸附剂或高温热解技术处理重金属，实现资源化利用。 4. 正极材料再制造与性能优化 （1）再制造材料性能： 能量密度恢复率：≥95%（指再制造正极材料的能量密度与原材料相比的恢复率）；循环寿命：达到新材料的90%以上（1000次循环后容量衰减≤10%）。 （2）再生工艺成本：与新材料制造成本相比降低30%以上。 （3）再制造材料一致性：正极材料的颗粒分布偏差≤±5%，确保电池性能稳定。 拟定技术路径：开发低温焙烧与溶剂辅助再生技术，修复正极材料晶体结构；引入掺杂改性技术，提升再生材料的电化学性能。 5. 建立标准化的回收体系。 （1）全生命周期追溯率：≥95%（通过物联网标识技术追踪电池制造、使用及回收过程）。 （2）分类拆解率：≥98%，提高不同电池类型的分类效率。 （3）回收利用率：废旧动力电池资源总回收利用率达到95%以上（现阶段约为70%-80%）。 拟定技术路径：通过数字化平台建设，实现废旧电池回收过程的透明化和可追溯性；制定符合国际标准的行业规范，推动电池生产企业与回收企业协同发展。 6. 降低综合回收成本，实现经济可行性#技术目标：降低废旧动力电池回收利用的综合成本，提高经济效益。 （1）吨电池回收成本：控制在10,000元以下（目前部分回收工艺约为12,000-15,000元/吨，目标是进一步降低成本）。 （2）吨电池回收利润：≥3,000元/吨，实现商业化回收的可持续发展。 （3）市场覆盖率：废旧动力电池回收服务在本地（地级市）覆盖率达到80%以上。 拟定路径：通过技术创新与工艺优化，降低能源消耗与处理成本；依托政策激励机制（如税收减免、补贴等），推动产业规模化发展。

需求解析

解析单位：“科创中国”资源回收利用科技服务团（中国环境科学学会） 解析时间：2025-03-17

彭英

湖南省企业科学技术协会联合会

理事长

综合评价

1.高效绿色的电池回收流程。要做到机械化，仍需查看现场方可知晓； 2.碳排放降低。降低30%以上需要再讨论，可能直接放出该目标不一定合适。江西三吨锂业利用特定组合的浸出剂浓度和温度，可以在不引入浸出杂相的情况下，通过温和的条件快速解构正极材料的晶体及物化结构。类似这样的技术对碳排放降低有较大贡献。 3.自动化程度。回收处理自动化水平达到90%以上，减少人工干预，提升拆解精度。视企业投入而定。 4.绿色环保性。具体问题具体分析。有团队针对带电破碎拆解后的废旧锂电池正极部分，使用溶剂处理，溶解粘结剂，使正极材料与正极集流体片脱离，先后经过两种孔径的滤网过滤，分离干燥得到正极集流体片和正极粉，滤液经蒸馏回收溶剂，残余物经精制得到正极粘结剂，具有流程简单，操作易实现，高效回收、无污染的特点，可对废旧带电锂电池正极材料中的正极粉、正极集流体和正极粘结剂在内的所有组分实现全资源回收，避免了资源浪费和污染环境，并且降低了正极粉中铝等金属杂质含量，提升了回收正极粉的品质和价值。这个思路值得企业思考借鉴。

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