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中国即将进入锂电池退役增长期报告预计回收市场规模有望破千亿

21世纪经济报道记者缴翼飞北京报道

6月25日，工信部节能与综合利用司在京召开新能源汽车废旧动力电池综合利用全产业链座谈会。参会方涉及重点金属原料生产、动力电池生产、汽车生产、报废机动车回收拆解、废旧动力电池综合利用企业，计划加快推动完善废旧动力电池综合利用长效机制。

根据此前财政部等四部门印发的《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》，自2016年起乘用车生产企业执行对电池、电机等核心部件提供不低于8年或者12万公里（以先到者为准）的质保期限，到2024年中国将迎来首批动力电池“脱保”，锂电池退役量大幅增长。

6月27日，2024国际锂电新能源产业大会暨成渝地区产业链供应链对接活动在四川省遂宁市射洪市举办。会上同时发布了《2023中国锂电产业发展指数（遂宁指数）》（以下简称“《遂宁指数》”），其中指出，中国即将进入锂电池退役增长期，预计到2030年锂电池回收市场规模有望突破千亿元，年均增速达到26%，废旧锂电池回收量将超过100万吨，相当于2022年的约5倍。

目前，锂电池中锂、镍、钴、锰、铜、铝等金属资源稀缺程度加剧，带动电池回收利用环节高速增长。

《遂宁指数》显示，过去几年经历了新能源汽车产能扩张，退役动力电池数量持续保持增长态势，预计到2025年前后增速放缓。锂电池关键材料中，镍、钴、锰的回收率达到99.6%，锂的回收效率也达到了91.0%，叠加材料价格波动影响，锂电池回收利用市场将加快释放潜力。自2023年开始三元电池退役量超过磷酸铁锂电池，成为锂电池再生利用的主要对象。

中国有色金属工业协会顾问陈训生表示，我国动力电池和电池材料相关生产企业纷纷布局电池回收产业，到2023年底，已建成100万吨动力电池实物量回收产能，可回收锂10万吨以上，居全球第一。2023年，我国锂电材料回收利用锂产量6万吨，全球占比75%占国内锂盐原料比重9%。

“锂电池电动车要发展到两三千万辆，时隔5到8年就会淘汰一批锂电池出来，不单是锂，还有钴、镍、铜，这都是一大笔财富和宝藏。”中国工程院院士郑绵平预计，到2030年城市矿山碳酸锂回收利用将会达到15到16万吨。做到这一点，需要采取多种措施，特别是要统一回收标准和规格，加大对回收技术的研发，推动锂矿行业的高质量发展。

据统计，2018-2023年，工信部分别公布了五批共156家符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》的企业名单（简称“白名单”），企业数量持续增加。白名单企业“梯次利用+再生利用”“梯次利用”“再生利用”三种资质中，梯次利用企业数量仍居首位，共93家，占比59.6%。

近1-2年内，电池回收企业注册数量大幅增长，2023年内注册数量达到48351家，占中国目前存续状态的电池回收企业总数的38.7%，远大于电池回收白名单企业数量。随着产业链不同环节的企业大量布局电池回收业务，回收的规范化进程将逐渐加快。

值得注意的是，目前我国正在大力推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动，交通领域的设备更新也是重点任务之一。最新印发的《交通运输大规模设备更新行动方案》明确鼓励老旧新能源公交车及动力电池更新，推动新能源营运货车在城市物流配送、港口集疏运、干线物流等场景应用。

赛迪顾问总裁付长文建议，接下来要持续培育壮大市场主体，强化锂电池全生命周期监管，引导市场规范化发展，并通过鼓励循环利用领域的商业模式创新、加强共性技术联合攻关，从技术创新、模式创新等维度提升发展质量。应当鼓励探索建立锂电池监管信息平台，构建涵盖动力型、消费型、储能型锂电池的溯源机制；加快建立健全退役电池回收渠道、退役电池定价和交易机制；压实主体责任，强化锂电池全生命周期监管。

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20秒超快速再生：废旧磷酸铁锂正极材料的绿色回收

随着全球能源转型和减排目标的推进，锂离子电池（LIBs）在电动汽车和能源存储领域的应用日益广泛。磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）电池因其结构稳定、成本效益高和无毒性等优势，成为最受欢迎的LIBs类型之一。然而，随着LIBs使用量的增加，废旧电池的回收利用问题也日益凸显。目前，废旧LIBs的回收方法主要包括直接再生、热金属法和湿法金属法。尽管热金属法和湿法金属法在理论上可行，但它们在经济上并不适用于废旧LIBs的回收，因为这些方法不仅能耗高、耗时，而且对环境可能产生负面影响。因此，直接再生方法，尤其是固相法，因其简单、高效和易于大规模生产的特点，成为目前研究的热点。然而，现有的直接再生方法仍存在加热时间长、能耗高的问题，迫切需要开发一种更快速、更高效的再生技术以实现废旧LFP电池的经济和环境双重效益。

文章简介

2023年12月，东北师范大学吴兴隆教授、华南师范大学曾荣华教授 等人在期刊《Journal of Power Sources》上发表了题为“Direct and rapid regeneration of spent LiFePO4 cathodes via a high-temperature shock strategy”的论文。本研究提出了一种高效、低成本且超快速的再生策略，能够在短短20秒内快速再生废旧的磷酸铁锂（LiFePO4）正极材料。与传统方法相比，这种超快速方法不仅能耗更低，处理时间更短，而且能够完全补充锂元素并修复LiFePO4的结构。再生后的LiFePO4展现出优异的初始容量，达到152 mAh/g（0.1C条件下），并且RLFP-800样品表现出良好的倍率性能和长循环稳定性（在2C条件下循环400次无容量衰减）。预计这种快速再生策略能够以低成本实现废旧LiFePO4的实际再生应用，为废旧LIBs的回收利用提供了一种新的解决方案。

图文导读

在本研究中，为了实现废旧磷酸铁锂（LiFePO4）正极材料的低能耗和高效率再生，研究人员提出了一种超快速加热方法，该方法能够在几秒钟内完成再生过程。与传统的煅烧方法相比，这种超快速高温冲击方法具有极快的加热速率（约105°C/min）和冷却速率（约103°C/min），不仅显著降低了能耗和时间成本，还最大限度地减少了锂元素的损失。经过快速高温煅烧后，材料的结构得以恢复，性能显著提升。

图1 展示了废旧LiFePO4正极材料的再生过程示意图，详细描述了从废旧电池的预处理到最终的超快速煅烧步骤。

在实验部分，首先对废旧袋装LFP电池进行预处理，包括放电、转移、分离和烘烤，以便于从铝箔上刮取废旧LFP粉末（SLFP）。随后，通过球磨、旋转蒸发和干燥等步骤，将一定比例的锂醋酸和蔗糖与SLFP混合，最终在氩气氛围中进行800°C、20秒的超快速高温煅烧。

材料表征部分，通过感应耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）确认了Li、Fe和P的元素含量，并通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）等技术对材料的晶体结构和表面化学状态进行了详细分析。图2(a) 显示了SLFP和不同温度下再生的LFP（RLFP-700、RLFP-800、RLFP-900）的XRD图谱，图2(b) 至图2(e) 分别展示了这些材料的SEM图像，而图2(f) 和图2(g) 则展示了SLFP和RLFP-800的TEM图像。

X射线光电子能谱（XPS）分析用于确定SLFP和RLFP-800的表面化学状态。

图3 显示了Fe 2p、C 1s和O 1s的XPS光谱，表明RLFP-800中锂元素被重新补充，晶体结构得到了良好恢复。

电化学性能测试部分，所有材料的电化学性能均在CR2032型扣式电池中进行测量。图4 展示了SLFP和RLFP样品在0.1C时的充放电容量，图4(a) 至图4(e) 分别展示了这些样品的倍率性能、循环性能和充放电曲线。

图5 进一步展示了SLFP和RLFP样品在0.2C时的充放电曲线和循环伏安（CV）曲线，图5(a) 显示了不同样品的放电比容量，而图5(b) 则展示了CV曲线和电化学可逆性。

图6 展示了RLFP-800在不同扫描速率下的CV曲线，以及SLFP和RLFP的电化学阻抗谱（EIS）测试结果。图6(a) 至图6(d) 分别展示了CV曲线、峰值电流与扫描速率的关系、EIS曲线和低频区域的Z'与ω^-1/2的关系。

最后，图7 展示了RLFP-800在首次充放电循环中的原位X射线衍射（in situ XRD）图谱，监测了Li+在FP/LFP中的插入和脱出过程，证明了Li+插层/脱插层过程的优异可逆性。

总结与展望

本研究成功开发了一种快速、绿色且低成本的再生工艺，用于恢复废旧磷酸铁锂（LFP）正极材料。与传统再生策略不同，该方法通过在800°C下仅20秒的超快速煅烧过程，实现了对废旧LFP的高效再生。结构和形貌表征结果表明，废旧LFP的晶体结构被完全恢复到其初始的橄榄石结构，再生后的LFP电化学性能显著提升。优化后的再生LFP（RLFP-800）在0.1C下的初始放电比容量高达152 mAh/g，且在超过400次的长期循环中表现出显著的循环稳定性。此外，循环伏安（CV）、电化学阻抗谱（EIS）和原位X射线衍射测试结果表明，再生的RLFP-800具有改善的锂离子扩散系数、卓越的稳定性和充放电循环中的可逆性。这种省时且节能的方法非常适合实际修复废旧LFP材料。

此项研究不仅为废旧LFP材料的修复提供了一种新策略，也为废弃锂离子电池（LIBs）正极材料的快速高效修复开辟了新途径。随着电动汽车和新能源存储技术的快速发展，废旧LIBs的回收和再利用问题日益凸显。本研究提出的超快速再生方法，不仅能够显著降低再生过程中的能耗和时间成本，还能够最大限度地减少锂元素的损失，这对于资源的可持续利用和环境保护具有重要意义。

未来，研究者可以进一步优化再生工艺，探索不同类型废旧电池材料的再生策略，推动锂电池回收和再利用技术的发展。同时，该方法的推广应用也将为电池制造商和回收企业提供一种经济有效的解决方案，促进电池回收行业的绿色转型。此外，考虑到该方法的高效性和简便性，其在大规模工业生产中的应用潜力巨大，有望实现废旧电池材料的高效回收和再利用，为实现循环经济和可持续发展目标做出贡献。

文章链接

Shuo-Hang Zheng, Xiao-Tong Wang, Zhen-Yi Gu, Hong-Yan Lü, Xin-Yi Zhang, Jun-Ming Cao, Jin-Zhi Guo, Xiao-Tong Deng, Ze-Tao Wu, Rong-Hua Zeng, Xing-Long Wu. Direct and rapid regeneration of spent LiFePO4 cathodes via a high-temperature shock strategy. Journal of Power Sources, 2023.

https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.233697.

文章来源：研之成理

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