文|觀察未來科技
近年來，隨著社會對環境污染問題的日益關注，用電動車取代燃油車成為默認的趨勢。根據國際能源署的數據，2022年，無排放汽車和卡車可能占全球所有新車銷量的13%，而兩年前僅為4%。到2030年，這一數字有望增長到30%左右。各種驅動力一起推動了電動汽車從小眾選擇走向主流。
電動汽車變得越來越普遍，使得人類對鋰離子電池的需求也在飆升。對于氣候變化來說，更多地使用電動汽車是一個好消息。但制造電池所需的金屬供應已經捉襟見肘，到2050年，我們對鋰的需求可能會增加20倍。在這樣的情況下，電池的回收利用，就變得至關重要。
相互成全的電池和電車
今天，我們之所以能引來電動汽車的時代，其中一個重要因素，就是電池工藝的進步。
顯然，電動汽車和電池技術都不是近些年才發明出來的技術。1800年，意大利物理學家亞歷山德羅·伏特發明了人類歷史上的第一個電池——伏特堆。這一用鋅片（陽極）和銅片（陰極）以及浸濕鹽水的紙片（電解液）制成的最初的電池，證明了電的人為制造可能性。
1881年，法國工程師古斯塔夫·特魯夫就制造出了世界上第一輛電動汽車，并用鉛酸蓄電池為該車提供動力。不過，這輛車僅有15km/h的速度和16km的續航里程，整體效率甚至都比不上馬車。由于當時的電池工藝和電動汽車技術的有限，因此，當時，電動汽車也沒有引起太多關注。
現在，得益于電池工藝的進步，以及社會對環境污染的關注，我們正在迎來前所未有的電動汽車時代。事實上，交通工具電氣化已是一個相對確定的趨勢。
一方面，憑借著高能量密度、高安全性的優勢，鋰離子電池已經能夠支撐電動汽車的里程?，F階段，鋰離子電池已經成為電動汽車最重要的動力源，其發展經歷了三代技術的發展，其中，鈷酸鋰正極為第一代，錳酸鋰和磷酸鐵鋰為第二代，三元技術則為第三代。
另一方面，在全球應對氣候變化、倡導使用新能源的背景下，傳統汽車以燃油來作為動力源已逐漸不被大眾所接受。全球范圍內，多國政府都制定了相關政策，力圖推動汽車制造商進行業務換軌，同時也激勵消費者做出改變。
中國、日本、韓國、美國等主要國家都在大力發展新能源汽車，全球電動汽車銷量整體呈增長趨勢。2010年，新能源汽車被國務院確定為七大戰略性新興產業之一，作為我國戰略性新興產業之一，政府高度重視新能源汽車產業發展。先后出臺了全方位激勵政策，從研發環節的政府補助、生產環節的雙積分，到消費環節的財政補貼、稅收減免、再到使用環節的不限牌不限購，運營側的充電優惠等，幾乎覆蓋了新能源汽車整個生命周期。
美國加利福尼亞州和紐約州出臺了規定，到2035年逐步淘汰所有僅使用化石燃料的汽車的銷售，其目標在于到2037年將乘用車污染減少25%。歐盟在2022年6月通過的一項提案規定：從2035年開始在歐盟境內停止銷售新的燃油車。
業界認為，電動汽車將是全世界未來10年發展最快的產業之一。國際能源署發布的《清潔能源進展跟蹤報告》指出，2021年全球電動汽車銷量翻了一番，占整個汽車市場的9%。該報告預測電動汽車銷量在2022年將再創歷史新高，占全球輕型汽車總銷量的比例將升至13%。
可以預見，電動汽車的使用將在全世界變得越來越普遍。
電池回收并不容易
然而，動力電池的核心材料鋰、鈷、鎳等都是稀缺資源，電動汽車的流行將不可避免地讓這些原料供應捉襟見肘。相關數據預測，到2050年，全球對鋰的需求會增加20倍。與此同時，自2020年以來，原材料緊缺疊加新冠疫情的大流行導致產能出現下滑，“電池荒”已經對電動汽車產業造成較大的困擾。
國際能源署指出，生產一輛傳統汽車平均需要消耗的金屬礦產約為33千克，而電動汽車則超過200千克，是傳統汽車的6倍。這也意味著，要支撐日益增長的電動汽車產量，需要有足夠多的金屬礦產量。而現實是，礦產資源有限的，伴隨著市場價格的水漲船高，也將給電動汽車生產商帶來巨大的經營壓力。
考慮到動力電池的平均4-6年的有效壽命以及5-8年的使用年限，結合2014年開始的電動車快速普及，2021年底，我們就已經迎來第一批退役高峰。十到十五年后，數百萬輛電動車更將壽命到期。
2020年2月，奧迪公司就公開承認由于動力電池供應不足導致e-tron短暫停產；2021年1月，特斯拉CEO馬斯克就預計，即使電池供應商以最大速度生產，2022年及以后的電動汽車電池供應仍會嚴重緊缺；2021年3月，蔚來汽車創始人李斌也表達了該年二季度電池供應將遭遇最大瓶頸的困境。
在這一背景下，電池回收技術引起了電動汽車行業的關注。傳統汽車的鉛酸電池能被廣泛回收利用，但新能源電動車的鋰離子電池回收，卻不是件容易的事。
眾所周知，廢舊電池是一種污染性很強的垃圾。尤其是體積巨大的動力電池，其包含大量重金屬、電解質、溶劑及各類有機物輔料，集多種毒性很強的污染物于一身，不恰當的處置會嚴重污染土壤與水源，亦會產生有毒氣體排放。因此，簡單的填埋或是焚燒，都不適合用來處理退役的動力電池。因此，為了實現鋰電池的再利用，“拆解回收”與“梯次利用”就成為必然選擇。
拆解回收，即再拆解回收其中有價值的金屬元素，包括兩種主流處理工藝：火法回收和濕法回收。其中，“火法回收”則更為常見——回收者首先將電池進行機械粉碎，然后進行燃燒從而留下一堆燒焦的塑料、金屬、膠水，最后使用包括進一步燃燒的幾種方法來提取金屬。而“濕法回收”是將電池材料浸入酸池中從而產生金屬負載的湯。
當然，不論是火法回收還是濕法回收，都有其優點和缺點。比如，“火法回收”不需要回收者知道電池的設計或成分，甚至不需要知道電池是否已完全放完電就可以安全地進行，但作為代價能源消耗很大。而濕法回收可以提取不易通過燃燒獲得的材料，但其中可能涉及對健康有危害的化學物質。但無論是哪種方法，不可避免的是——都會產生大量廢料并排放溫室氣體。
從循環經濟角度考慮，梯次利用比起火法或濕法冶煉要輕松得多。梯次利用是指動力電池在達到設計使用壽命時，通過修復、改裝或再制造等方法使其能夠在合適的工作位置繼續使用的過程。退役的動力電池經過相關的檢測，確定其性能后，可依次用于低功率電動車、電網儲能、家庭儲能領域，等電池性能進一步劣化后，低于最低利用標準再行回收。
但目前，鋰電池梯次利用的路線的整體發展卻較為遲緩。一方面，梯次利用需要對退役動力電池進行充分的評價檢測，確定其性能。經過檢測篩選后，才可根據不同的用途，對退役電池進行重組，穩定重組后的電池包電壓、電流，最后重新打包投入使用。但當前，基于容量衰減機理分析建立的電池壽命預測模型首先就不夠完善，更不用說后面的步驟。
另一方面，從經濟效益來看，梯次利用涉及的逆向物流系統頗為復雜，中間環節眾多，在梯次利用過程中，電池制造商、回收商、研究人員還需要解決很多問題，這使得梯次利用遠比直接拆解回收要麻煩，不如直接回收來得省事。不僅如此，復雜的流程還嚴重堆高了梯次利用電池的成本，甚至出現重組電池和新電池價格倒掛的現象——舊電池比新電池還貴。
電池回收的龐大市場
電池回收雖然并不容易，卻依然催生了一個龐大的市場。
根據咨詢公司Circular Energy Storage的數據，2021年全球有超過60萬公噸的可回收鋰離子電池和相關制造廢料。預計到2030年，這一數字將超過160萬公噸。目前，多個科研實驗室正在努力改進電池回收技術，以期找到一個既標準化也很環保的回收技術。
電動汽車可觀的發展前景也吸引了越來越多的企業進入電池回收行業，比如Redwood Materials和Li-Cycle，它們從公共和私人投資者那里獲得了數十億美元資金并開始擴大經營規模。其中，Redwood Materials使用的就是濕法冶金的工藝從廢舊電池中回收鈷、鋰和鎳等有價值的金屬。Li-Cycle則聲稱其專有的舊電池回收工藝可回收高達 95% 的有價值材料。
2021年，工業和信息化部、科技部、生態環境部、商務部、市場監管總局聯合印發《新能源汽車動力蓄電池梯次利用管理辦法》。文件提出，鼓勵梯次利用企業與新能源汽車生產、動力蓄電池生產及報廢機動車回收拆解等企業協議合作，加強信息共享，利用已有回收渠道，高效回收廢舊動力蓄電池用于梯次利用。
相關政策也帶動大批企業進入電池回收賽道。數據顯示，截至2022年8月底，我國現存動力電池回收企業數量已突破6萬家。包括寧德時代、蔚來汽車等新能源企業和汽車廠商，也在大力推進舊電池回收。
在2015年，寧德時代就通過收購邦普循環發力動力電池回收領域；2022年5月，寶馬集團宣布與華友循環攜手在新能源汽車領域，打造動力電池材料閉環回收與梯次利用的創新合作模式；8月，廣汽埃安與贛鋒鋰業建立合作關系，將在鋰資源開發、中游鋰鹽深加工及廢舊電池綜合回收利用各層面的深入合作。
可以預見，在未來數十年內，動力電池需求將伴隨電動汽車的發展迎來指數級增長，單靠制造不足以滿足這一需求，這也是為什么2023年《麻省理工科技評論》將電池回收利用列為“全球十大突破性技術”之一的原因。雖然新的回收流程也并不完美，但電池回收工廠將為世界創造滿足氣候目標所需的材料供應。