挪威的锂离子电池回收厂正在建设中，最初将重点放在电动汽车（EV）电池上，但其背后的公司首席执行官表示，未来它还将能够处理固定式储能系统（ESS）的电池。
该工厂将于今年晚些时候开业，年产能为8000吨EV电池模块，由挪威材料加工公司Hydro和总部位于瑞典的锂电池制造初创公司合资组建的合资公司Hydrovolt建造。
Hydrovolt首席执行官FrederikAndresen说道，他的公司很高兴能够“适当启动”建设可再生动力电池回收厂。Hydrovolt旨在回收几种类型的锂离子电池。
合作伙伴Hydro和Northvolt已向该项目投资了1.2亿挪威克朗（合1,394万美元），建造了一座自动化程度高，可以粉碎和分类电池的工厂。Hydrovolt还从挪威政府企业Enova获得了4,350万挪威克朗的资金，该公司支持清洁能源和气候计划。电池将由Batteriretur提供，Batteriretur已从挪威各地收集和回收电池，并在Fredrikstad的新Hydrovolt工厂附近设有工厂。
Batteriretur也将运营该工厂，而Hydrovolt的运营将与Hydro和Northvolt的业务“紧密结合”：Northvolt目前正在瑞典和德国建设数十吉瓦时的电池制造能力，旨在服务于欧洲25％的发电量。锂电池的总需求，主要包括汽车应用，也包括固定应用。
同时，水力发电在肥料，铝和水电等行业中已有100多年的历史。水电将回收和再利用电池和电池组中的铝，Hydrovolt将从湿法冶金加工产生的“黑块”中吸收钴，锂，锰和镍。然后，电池制造商将重新使用这些材料或将其出售。
去年年底，有消息显示日本电子制造商松下与水电和挪威国有多数股权的Equinor（原挪威国家石油公司）签署了谅解备忘录，以研究在挪威建立“绿色电池业务”的问题。另一家新兴公司FREYRBattery正在寻求在该国建立锂电池超级工厂，并于今天表示，正寻求通过特殊目的收购公司（SPAC）在纽约证券交易所上市。
“城市采矿”对于可持续电池行业至关重要
首席执行官Andresen告诉Energy-Storage.news，挪威是世界上电动汽车普及最快的国家之一，Hydrovolt“自然而然地从电动汽车的电池和模块开始”。
Andresen说：“挪威将是最早有使用寿命终止的EV电池可回收利用的电池市场之一。但是我们也可以从ESS和其他应用中回收电池，例如从我们正在建设的设施中的海运部门回收电池，并且我们还将利用可用容量从其他市场和部门采购电池。”
安德森说，人们期望储能系统中电池的处理和回收“当然会随着时间的推移而显着增长”。
采访者还询问是否可以将电池或从EV部门的电池中提取的材料用于固定式应用，反之亦然。安德森说：“从电动汽车电池中提取的材料用于其他用途……这也是我们正在研究的领域。这可以是为电池生产提供纯净的回收材料，也可以是对电池中的某些组件进行再利用。在挪威已经进行了一些重复利用的项目，那里有一定的潜力。”
Hydrovolt首席执行官表示，欧盟采用新的电池法规将提高欧洲电池供应链的责任感和透明度，并将引入有关材料可持续性和CO2排放的标准，这对于从一个电池中重新使用电池的总体价值主张至关重要。申请另一个。他说，该法规还将在一定程度上支持重复使用。
“从环境的角度来看，城市采矿对于确保一次又一次地使用电池内的材料至关重要，我们的目标是发挥自己的作用，以实现这一目标，”安德森说。为了使Hydrovolt成为锂离子电池的“一站式商店”，该首席执行官表示，该设施可以在其他地方复制，该公司“将随着时间的推移探索并考虑其他地点”。
我们对开始建造可再生能源电池回收厂感到非常兴奋。我们将利用2021年进一步探索我们如何为OEM和其他参与者提供支持，以实现二氧化碳友好型回收。
锂离子电池的商业回收，包括用于第二次使用的重新包装电池，预计将很快成为一项大生意，但到目前为止，Li-cycle在安大略省，加拿大和纽约的工厂是中国和美国以外唯一的商业回收工厂。韩国。
同时，对于欧洲的锂电池制造业来说，已经过去了几天，欧盟批准了29亿欧元（35亿美元）的国家援助资金，供成员国用于支持其国家的项目，芬兰刚刚宣布了一项国家电池战略，以利用其境内可用的原材料。
电池回收的重要性
随着电动汽车的普及开始爆炸性增长，曾经为这些汽车提供动力的一堆废旧锂离子电池也越来越多。业内分析家预测，到2020年，仅中国就将产生约500,000吨废旧锂离子电池，到2030年，全球每年将达到200万吨。
如果目前处理这些用过的电池的趋势保持不变，那么即使可以回收锂离子电池，这些电池中的大多数也可能最终被填埋。这些流行的电源盒包含有价值的金属和其他可以回收，加工和重复使用的材料。但是今天很少进行回收。例如，根据澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的环境科学家NaomiJ.Boxall的说法，在澳大利亚，只有2-3％的锂离子电池被收集起来并送往海外进行回收。欧盟和美国的回收率（不到5％）并没有高得多。
“锂离子电池回收还不是普遍公认的做法有很多原因，”阿贡国家实验室的LindaL.Gaines说。盖恩斯（Gaines）是材料和生命周期分析的专家，他说原因包括技术限制，经济障碍，物流问题和监管差距。
所有这些问题都变成了经典的“鸡与蛋”问题。由于锂离子电池行业缺乏进行大规模经济回收的明确途径，因此电池研究人员和制造商传统上并不专注于提高可回收性。相反，他们致力于降低成本并提高电池寿命和充电容量。而且由于研究人员在改善可回收性方面仅取得了适度的进展，因此相对较少的锂离子电池最终被回收了。
确实得到回收的大多数电池都经过类似于采矿业中使用的高温熔化和提取（或熔炼）过程。这些操作是在大型商业设施（例如，亚洲，欧洲和加拿大）中进行的，需要大量能源。这些工厂的建造和运营成本很高，并且需要先进的设备来处理冶炼过程中产生的有害排放物。尽管成本很高，但这些工厂无法回收所有有价值的电池材料。
到目前为止，大多数改善锂离子电池回收的工作都集中在相对较少的学术研究小组中，这些研究小组通常独立工作。但是事情开始改变。在电动汽车和无处不在的便携式电子设备老化之后，预计很快就会有大量的废旧锂离子电池驱动，新兴公司正在将新的电池回收技术商业化。越来越多的科学家开始研究这个问题，扩大了新近接受过电池回收培训的研究生和博士后队伍。此外，一些电池，制造和回收专家已经开始形成大型，多方面的合作关系，以解决迫在眉睫的问题。
电池回收的好处
电池专家和环保主义者提供了回收锂离子电池的众多理由。回收的材料可用于制造新电池，从而降低制造成本。目前，这些材料占电池成本的一半以上。近年来，两种最常见的阴极金属钴和镍（最昂贵的成分）的价格大幅波动。钴和镍的当前市场价格分别约为每公吨27,500美元和每公吨12,600美元。2018年，钴的价格超过每公吨90,000美元。
在许多类型的锂离子电池中，这些金属以及锂和锰的浓度超过了天然矿石中的浓度，使废电池类似于高浓缩矿石。如果可以从废旧电池中以比天然矿石更大的成本和更经济的方式回收这些金属，则电池和电动汽车的价格应会下降。
除了潜在的经济利益外，回收还可以减少进入垃圾填埋场的材料数量。中国科学院污染控制专家孙志表示，电池中发现的钴，镍，锰和其他金属很容易从埋入电池的外壳中泄漏出来，污染土壤和地下水，威胁生态系统和人类健康。氟化锂盐（常见于LiPF6）在电池电解质中使用的有机溶剂中的溶液也是如此。
电池不仅会对使用寿命产生负面影响，而且还可能在制造电池之前对环境产生负面影响。正如阿贡（Argonne）的盖恩斯（Gaines）所指出的那样，更多的回收利用意味着更少的原始材料的开采以及更少的相关环境危害。例如，采矿对于一些电池需要金属处理金属硫化物矿石，这是能量密集的并发射SOX，可导致酸雨。
减少对电池材料开采的依赖也可能减慢这些原材料的消耗。Gaines和Argonne的同事使用计算方法研究了这个问题，以模拟不断增长的电池生产如何影响到2050年许多金属的地质储量。研究人员认识到这些预测“复杂且不确定”，研究人员发现锂和镍的世界储量足以维持电池产量的快速增长。但是电池制造可能会使全球钴储量减少10％以上。
回收锂离子电池还可能有助于解决政治成本和弊端。根据CSIRO的一份报告，世界钴产量的50％来自刚果民主共和国，并且与武装冲突，非法采矿，人权和有害的环境习俗有关。回收电池并配制钴浓度降低的阴极可以帮助降低对此类有问题的外国资源的依赖，并提高供应链的安全性。
回收锂离子电池的挑战
正如经济因素可以使电池回收一样，他们也反对这种理由。例如，原材料电池价格的大幅波动给回收经济学带来了不确定性。特别是，最近钴价的大幅下跌引发了人们的疑问，与使用新鲜材料制造新电池相比，回收或重新使用锂离子电池是否是一个好的业务选择。基本上，如果钴的价格下降，则再生钴将难以在价格上与开采的钴竞争，制造商会选择开采的材料而不是再生的材料，从而迫使回收商停业。对于考虑进行电池回收的公司，另一个长期的财务问题是是否使用其他类型的电池，例如Liair或其他车辆推进系统，例如氢燃料电池，将在未来几年在电动汽车市场上占据主要立足点，从而降低了对回收锂离子电池的需求。
电池化学作用也使回收变得复杂。自1990年代初索尼将锂离子电池商业化以来，研究人员就反复调整了阴极的成分，以降低成本并提高充电容量，寿命，充电时间和其他性能参数。
一些锂离子电池使用由钴酸锂（LCO）制成的阴极。其他使用锂镍锰钴氧化物（NMC），锂镍钴铝氧化物，磷酸铁锂或其他材料。而且，在制造商之间，一种类型的阴极（例如NMC）中的成分比例可能会有很大差异。结果是，锂离子电池包含“种类繁多的不断发展的材料，这使回收变得充满挑战”，香港理工大学的电池回收专家梁安说。回收商可能需要按组成对电池进行分类和分离，以满足购买回收材料的人们的要求，从而使过程更加复杂并增加成本。
电池结构进一步使回收工作复杂化。锂离子电池是紧凑，复杂的设备，具有各种尺寸和形状，并且不能拆卸。每个电池均包含阴极，阳极，隔膜和电解质。
阴极通常由电化学活性粉末（LCO，NMC等）与炭黑混合而成，并用高分子化合物（如聚偏二氟乙烯）（PVDF）粘合到铝箔集流体上。阳极通常包含石墨，PVDF和铜箔。用于使电极绝缘以防止短路的分隔器是多孔的塑料薄膜，通常是聚乙烯或聚丙烯。电解质通常是溶解在碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯的混合物中的LiPF6溶液。组件紧密缠绕或堆叠，并牢固地包装在塑料或铝制外壳中。
为电动汽车提供动力的大型电池组可能包含数千个按模块分组的电池。这些包装还包括传感器，安全装置和控制电池运行的电路，所有这些都增加了另一层复杂性，并增加了拆卸和回收成本。
所有这些电池组件和材料都需要由回收商处理，以获取有价值的金属和其他材料。与之形成鲜明对比的是，铅酸汽车电池易于拆卸，并且铅（约占电池重量的60％）可以与其他组件快速分离。结果，这些电池中将近100％的铅在美国被回收，远远超过了玻璃，纸张和其他材料的回收率。
改善回收方法
现阶段，几个大型的火法冶炼厂都在回收锂离子电池。这些设备通常在1,500°C的温度下运行，可回收被燃烧的钴，镍和铜，但不能回收锂，铝或任何有机化合物。这些设施需要大量资金，部分原因是需要处理冶炼过程中释放的有毒氟化合物的排放。
例如，湿法冶金加工或化学浸出在中国已经商业化地进行，它提供了一种能源密集度较低的替代方案，并降低了投资成本。这些提取和分离阴极金属的方法通常在100°C以下运行，除其他过渡金属外，还可以回收锂和铜。传统浸出方法的缺点之一是需要腐蚀性试剂，例如盐酸，硝酸，硫酸和过氧化氢。
进行基准规模研究的研究人员已经确定了这些回收方法的潜在改进，但是只有少数公司在中试规模的方法上进行了回收测试。在不列颠哥伦比亚省温哥华地区，一家美国锰厂将1kg/h的阴极废料转化为前驱体，制造商可以用它们来合成新鲜的阴极材料。废料是指电池制造过程中收集到的不合格的阴极粉末，装饰物和其他废物。
该公司的首席技术官ZarkoMeseldzija将废料描述为“低垂的果实”，这是一种方便使用的材料，可用于实验，以扩大操作规模并转向实际的废电池。他解释说，该公司的工艺依靠二氧化硫浸出阴极金属，并且不使用盐酸或过氧化氢。
该公司首席执行官埃里克·格拉茨（EricGratz）表示，马萨诸塞州伍斯特市的电池资源商正在运营一家中试工厂，该工厂每天处理锂离子电池的速度约为0.5公吨，并正在积极努力将容量提高10倍。当前许多回收方法会产生多种单金属化合物，这些化合物必须结合起来才能制成新的阴极材料。BatteryResourcers的过程会沉淀出镍，锰和氢氧化钴的混合物。这种混合金属阴极前驱体简化了电池的制备，并可以降低制造成本。
同时，DOE的ReCell团队正在追求所谓的直接回收方法，以无需昂贵的处理即可回收和再利用电池材料。一种方法要求用超临界二氧化碳除去电解质，然后压碎电池并物理分离组分，例如，基于密度差。
原则上，经过这种简单的处理，几乎所有组件都可以重复使用。特别地，因为该方法不使用酸或其他刺激性试剂，所以阴极材料的形态和晶体结构保持完整，并且材料保留了使其有价值的电化学性质。盖恩斯说，要实施这种节省成本的方法，还需要做更多的工作。
在伯明翰大学，ReLib团队成员AlirezaRastegarpanah开发了机器人方法来安全，自动化地处理用过的锂离子电池。
在伯明翰大学的ReLiB项目中，首席研究员保罗·安德森（PaulAnderson）说，研究小组发现了一个明显的机会，可以通过自动化提高电池回收的经济效率。为此，该团队正在开发机器人程序，以从锂离子电池中分选，拆卸和回收有价值的材料。伯明翰的研究员艾伦·沃尔顿（AllanWalton）补充说，使用机器人设备拆卸电池可以消除工人的电和化学伤害风险。他说，自动化还可以增强电池组件的分离度，提高其纯度和价值。
尽管大多数这些策略仍处于发展初期，但对它们的需求正在增长。当前，报废电动汽车电池的数量很少，但即将激增。香港理工学院的安说，许多障碍阻碍了大规模的回收利用，但是“机遇总是与挑战并存”。现在是时候大声疾呼，认真对待回收锂离子电池了。
