面向可持续社会的锂离子电池的再利用&再利用和Dexcerials的保护元件

迈向可持续发展的社会

高效处理废旧锂离子电池并重新利用其资源，对保护当今的全球环境构成了重大挑战。本文探讨了锂离子电池再利用和回收利用的前景及相关工作，并采用了以下定义：

– 回收：拆卸和重新利用电池
– 重复使用：利用现有电池

此外，本文还重点介绍了将于 2024 年推出的欧盟 (EU) 电池护照系统以及 Dexerials 的保护设备。

锂离子电池的现状

为了实现可持续发展目标 (SDG)，电动汽车 (EV) 和可再生能源在各种应用中的应用日益广泛，导致锂离子电池的使用量急剧增加。为了有效利用这些电池中的宝贵资源，人们开始关注城市采矿，这包括从废旧电池中提取稀有金属进行回收，以及将大型电动汽车电池重新用于其他用途。

然而，在许多国家，废弃的锂离子电池最终都被填埋。在日本，小型电池的回收流程已基本建立。在全球范围内，截至2022年，回收率仍然较低，约为5%。

回收小型锂离子电池

要回收利用废旧小型锂离子电池，合适的收集方法至关重要。在日本，许多地方政府都制定了将锂离子电池与其他废弃物分开收集的规定，并规定了具体的收集方法和路线。

电池回收后，需放入真空加热炉进行处理，然后进行酸浸、溶剂萃取和电解，以提取和回收钴、镍等稀有金属。在此过程中，采取适当的安全措施至关重要，以防止易燃电解液和有害气体的产生。

然而，锂通常被当作矿渣处理，因为回收利用几乎没有经济效益。此外，提取出来的稀有金属并不总是被重新用作电池材料。

电池制造商正在通过标记阴极（电流从其释放的正极）中所含的金属来提高回收效率。回收设施随后会根据这些信息对废旧电池进行分类，以确保其得到妥善处理。这些举措对于更高效地回收电池和可持续利用稀有金属至关重要。

回收大型锂离子电池

与小型电池相比，回收大型锂离子电池（例如用于电动汽车 (EV) 和固定式储能装置的电池）面临着特殊的挑战。这些电池体积庞大、重量沉重，形状因制造商和型号而异，并且外壳坚固。此外，触电和起火风险的增加也使其回收过程更加复杂。

从技术角度来看，在回收过程中可以采用燃烧、酸溶和溶剂萃取等回收方法来回收钴、镍和其他金属。然而，挑战在于如何确保这些回收资源的纯度和质量，并将回收成本保持在资源价格以下。尤其是那些用于重新用作电池材料的金属，必须满足极高的质量标准。

此外，开发回收工艺、投资设施和运营工厂的相关成本是影响回收业务可行性的重要因素。钴和镍价格的波动也构成了商业风险。

大型锂离子电池的回收利用对于可持续能源利用至关重要。目前，全球范围内正在积极研究和探索该领域，以期实现商业可行性。克服技术和经济挑战不仅有助于促进资源的有效利用，也有助于实现可持续发展的社会。

欧洲的电池护照系统

欧盟将于2024年启动电池护照系统，旨在提高电池全生命周期信息的透明度和可追溯性。该系统将适用于容量超过2千瓦时的工业电池和电动汽车电池，包括进口至欧盟境内使用的电池。该系统旨在通过统一的数字平台管理整个价值链的信息，确保从原材料开采和制造到使用、回收、再利用和最终处置的每个阶段的透明度。

该系统将要求电池贴上二维码标签，确保护照信息易于获取。这些标签使消费者和相关经营者能够轻松获取电池的详细信息。

需要记录的信息的具体内容将在 2024 年确定的技术规则中概述。当前的修订草案预计将记录下面列举的详细信息。

◆电池护照需记录的信息
矿山、材料来源、材料生产商、零件制造商、电池制造商、模块制造商、最终产品制造商、重量、用途、化学成分（材料比例等）、再生材料含量、ID、类型、型号、产品名称、性能、耐久性、制造过程中的碳排放、危险材料、电池健康检查、碳排放影响、指令符合性声明、移动和收集、尽职调查相关信息、所有权历史、生命周期碳排放、生命周期对环境的影响
（来源：电池护照（globalbattery.org））

锂离子电池生产所需的钴约70%仅产自刚果民主共和国，而该国正面临频发的童工和尽职调查问题。一些分析人士认为，欧洲关于材料原产地和尽职调查的规定是欧洲国家为保护自身权益而采取的战略举措。
（来源：电池护照：引领电动汽车市场的欧洲战略 | Bright Innovation（brightinnovation.jp））

大型锂离子电池的再利用

随着电动汽车 (EV) 市场的全球扩张，人们越来越关注电动汽车大型锂离子电池的再利用。然而，电动汽车电池相对较新，目前尚无成熟的回收方法。传统的小型电池回收方法应用于大型电池时会面临技术挑战，例如，由于电池与线束、电路板和冷却组件相互连接，导致效率低下。

这种回收难度使得部分回收和再利用相结合的方法成为一种可行的方案。大型电池预计将被重新用于各种应用，包括大规模储能和备用电源，以及电动汽车和其他移动应用。

事实上，欧盟预计，如果使用 70 年或更短时间，超过 15% 的电动汽车电池将被重复使用而不是回收。尽管随着时间的推移而退化，这些大型高性能电池仍然可以有效运行。一旦电动汽车达到其车辆寿命，安装的电池可以重新用作其他电动汽车的替代品，用于叉车等车辆，或作为工厂或数据中心的固定存储。另一种选择是将它们重复用作家用蓄电池。

然而，长期使用的电池性能会下降，无法重复使用。在很多情况下，回收利用的电池都会被评估其回收潜力。

例如，一家日本汽车制造商与其合作伙伴合作开发了一套系统，用于分析和排序从电动汽车中拆卸的电池模块，以确保其可持续性，以便在电动汽车、固定储能和备用应用中重复使用。这些电池在回收后可使用10至15年，比传统的备用铅酸电池寿命更长。

如上所述，大型电池的再利用有望在电池的有效利用、减少环境负荷（减少废弃物）方面发挥重要作用。
（来源：日产让电动汽车电池重获新生 | 日产故事 | 日产汽车公司企业信息网站 (nissan-global.com)）

锂离子电池再利用中保护装置的必要性

迪睿合的锂离子电池自控保护器 (SCP) 是用于监控锂离子电池安全性的电池管理系统 (BMS) 的保护装置。当充电或放电过程中出现任何异常时，SCP 会自动切断电路，确保电池处于受保护状态。

SCP功能类似于保险丝，可以物理断开电路。激活后，它会留下断路痕迹（历史记录），表明电池曾出现问题或存在危险风险。此痕迹不会消失。

另一种常见的电池保护装置是场效应晶体管 (FET)，它与SCP类似，能够检测异常并关闭电路。与SCP的主要区别在于，FET 会以电气方式断开电路，使电路在异常消除后恢复。

假设电池组温度异常升高。发生这种情况时，场效应晶体管 (FET) 将关闭电路。随着电流不再流过电路，温度逐渐降至异常阈值以下。

一旦异常消除，FET就会恢复电路。关断和恢复都是FET的正常操作。即使某个单元损坏，FET也不会留下任何异常发生的痕迹（历史记录）。

让我们将新的锂离子电池（在回收或再利用之前）定义为第一代。各种电子设备，包括笔记本电脑、电动工具、电动自行车和无人机，都使用这些第一代锂离子电池组。在重复使用配备SCP的第一代电池组时，可以确保组成电池没有经历任何可能严重劣化电池的情况，例如过度充电或过度放电，并构成危险。

第二代电池由重复使用电池组成。组成电池的历史记录（背景）是确保安全的关键因素。以汽车为例：从安全角度来看，重复使用从事故和维修记录不明的汽车上拆下的关键部件存在风险。在重复使用部件时，了解其历史记录至关重要。

对于储能设施中使用的电池组，确保安全是重中之重。重复使用的锂离子电池必须配备新的保护装置。此外，在退役后可重复使用的第一代电池中推广使用保护装置也具有巨大的潜力。

迪睿合的自控保护器 (SCP) 已应用于多起锂离子电池组回收案例。预计这一趋势将持续增长。随着锂离子电池回收流程的完善以及采用再生材料的电池的推广，为电池配备保护装置以确保安全将变得至关重要。

展望未来，迪睿合致力于确保锂离子电池的安全，支持电池市场的增长和更广泛的应用，从而促进富裕和可持续发展的社会。