專利助力鋰離子電池回收變廢為寶

近年來，隨著新能源汽車行業的迅猛發展，作為動力電池的鋰離子電池的加工量也呈現井噴式增長。鋰離子電池的壽命約5年至7年，由此也孕育著巨大的鋰離子電池回收市場。據中商產業研究院報告顯示，我國從廢舊鋰離子電池中回收鈷、鎳、錳、鋰、鐵和鋁等金屬所創造的市場規模預計在2020年將超過100億元，2023年可達250億元。

從市場上看，目前廣泛使用的鋰離子電池，主要是鋰電池，依據正極材料的不同可劃分為錳酸鋰離子電池、鈷酸鋰離子電池、磷酸鐵鋰離子電池、三元鋰離子電池。對于不同種類的鋰離子電池，所采用的回收方式是存在差異的，如磷酸鐵鋰離子電池含有的金屬僅為鋰，雖然筆直回收鋰的價值不高，但是其循環性能和穩定性較好，可以先采用梯度利用的方式充足利用之后再進行報廢回收；而三元鋰離子電池含有鎳、鈷、錳等高價值金屬，但是循環性和安全性較差，不適用于梯度利用，而可筆直報廢解決進行資源化轉化。本文基于專利文獻的分解，探究廢舊鋰離子電池回收利用的發展，以期為相關企業提供參考。

國外起步早核心技術多

鋰電池誕生于20世紀70年代，進入上世紀90年代后才開始商用。由于早期鋰離子電池主要是以紐扣等小型電池的方式使用且使用量較少，回收價值較低，回收方式與其它電池類似，進行物理拆解后采用酸等提取。因此，在這一階段，關于鋰離子電池回收的專利申請較少，全球年專利申請量在20件左右，主要采用濕法冶金提取高價值金屬。

2009年以后，隨著電動車和電子產品的大量使用，鋰離子電池的使用量呈現劇增態勢，與鋰離子電池回收相關的年專利申請量也增至近百件。日本的住友金屬、日礦金屬、豐田，比利時的優美科，德國的默克，韓國的地質資源研究院以及包括中國在內的全球主要鋰離子電池市場的多家企業紛紛投身于鋰離子電池回收利用的研究，相關專利申請涉及廢棄鋰離子電池的前解決、正極材料的分離、有價值金屬的提取、電解液解決等鋰離子電池回收的各個環節。

不同企業的電池回收技術是不同的，以日本住友金屬為例，作為特斯拉和豐田汽車電池的正極材料供應商，其早期主要采用高溫焙燒結合粉碎、篩選等干法冶金方式回收鋰離子電池電極中的鎳、鈷。不過，由于這種解決能耗較高且不易于回收鋰、鋁等金屬，因此住友金屬開始采用濕法解決方式回收鋰，并對提取劑進行了研究。而另一家日本企業，日礦金屬主要對濕法冶金進行研究，采用溶劑提取將鋰離子電池廢料中的鎳、鈷、錳、銅、鐵、鋁以及鋰等進行高效分離回收。

2013年以后，國外企業的相關研究更傾向于提高電池回收利用過程中的環保性和經濟性，如采用低毒甚至無毒溶劑、簡化回收工藝以及對含氟電解液的解決，回收技術上并未出現分明的沖破性進展。在產業上，電池回收企業與下游電池使用企業在電池回收方面的合作得到不斷增強，例如住友金屬與豐田，優美科與寶馬、奧迪等國際車企達成電池回收的戰略合作，促使電池材料回收的閉環運行，并且優美科等國外企業也已經開始在中國進行產業布局。

國內起步晚專利增長快

國內關于鋰電池回收的專利申請從2001年開始提交，總體而言，呈逐年增加態勢，其中2001年至2008年間，我國相關專利申請總量較少，2009年以后相關專利申請量增幅較大，由原來的年專利申請量40多件迅速增長至400多件，且目前仍處于較快增長階段。由此可見，國內關于鋰離子電池回收的專利申請雖然較晚，但是發展趨勢與國外基本一致。

與國外企業不同的是，我國企業在新能源汽車動力電池方面，前期主要以磷酸鐵鋰為主，相關專利布局主要聚集在濕法冶金對廢棄鋰離子電池進行回收利用方面，而對于干法冶金、電池的放電和拆解等前解決工藝以及電解液的回收利用涉及的專利相對較少。值得留意的是，盡管國內企業的相關專利申請總量較多，但申請人的均勻專利申請量較低，并且相關專利申請聚集于國內，缺乏對國際市場布局的意識。

隨著國內企業更加追求環保低碳以及可繼續發展，企業對于具有重復利用價值的鋰離子電池材料的回收研究意識不斷提高，如合肥國軒高科、格林美、邦普循環、天齊鋰業、比亞迪等眾多國內企業均涉及相關技術研發。值得一提的是，高校和科研院所在相關范疇的專利申請數量多于企業，如中南大學、中國科學院過程工程研究所、南開大學、清華大學等。與國外企業相比，我國企業和科研院所聯合研發并提交專利申請的數量較少，這在一定程度上反映出兩者研究方向的差異以及合作方面的不足，將來有待于進一步增強企業和科研院所聯合技術研發。

在產業上，我國業已出現了一些電池回收企業與使用企業的合作，并加快該范疇技術的推廣使用，如邦普循環與寧德時代、合肥國軒高科與甘肅金川，但同時也應留意到，國內鋰離子電池回收真正的發展高峰期尚未到來，大部分國內企業仍處于起步階段，技術水平和產業化程度較低。筆者認為，由于磷酸鐵鋰離子電池不含鎳、鈷、錳等高價值金屬，單純回收鐵、鋰元素的經濟效益不高，而目前從事鋰離子電池回收研究的企業眾多，產業規模普遍較小，技術力量薄弱，因此在鋰離子電池回收市場尚未爆發之前，要怎么樣加強自身競爭力，提高回收效益，使企業生存下來可能將成為國內相關企業面臨的首要問題。

綜上所述，無論是從產業成長，還是從鋰離子電池回收技術進展來看，全球鋰離子電池的回收利用尚處于初級階段，而隨著廢舊鋰離子電池的增加以及相關政策的推動，鋰離子電池回收在將來幾年必然會出現迅猛發展。同時，中國作為全球最大的鋰離子電池消費市場，吸引越來越多的國外企業參與進來，市場競爭將日益猛烈。

筆者提議，面對日益加劇的市場競爭，國內相關企業應該未雨綢繆，苦練內功，提升自身綜合實力。在技術方面，首先，提高回收廢棄鋰離子電池筆直再生利用的能力，簡化回收工藝，降低廢舊電池的回收成本；其次，可以通過增強與高校、科研院所的技術聯合，提高有價值金屬回收率和再加工品性能，從而促使鋰離子電池回收利用經濟效益的提升，同時加快對于三元鋰離子電池回收技術的研究，提前布局三元鋰離子電池回收利用。而在產業方面，需要深化與下游使用企業之間的合作，拉近與再生材料目標市場的距離，完善廢舊鋰離子電池材料的回收再利用機制，構建鋰電池從研發加工、使用到回收的閉環產業鏈，另外可以拓展電池回收材料的使用范疇，提高回收廢棄電池的利用價值。

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