專利助力鋰電池回收變廢為寶

近年來(lái)，隨著新能源汽車(chē)行業(yè)的迅猛發(fā)展，作為動(dòng)力電池的鋰電池的生產(chǎn)量也呈現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)。鋰電池的壽命約5年至7年，由此也孕育著巨大的鋰電池回收市場(chǎng)。據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院報(bào)告顯示，我國(guó)從廢舊鋰電池中回收鈷、鎳、錳、鋰、鐵和鋁等金屬所創(chuàng)造的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)在2020年將超過(guò)100億元，2023年可達(dá)250億元。如果喜歡知春路知識(shí)產(chǎn)權(quán)的文章，可以關(guān)注知春路知識(shí)產(chǎn)權(quán)免費(fèi)查詢商標(biāo) ，更多精彩的資訊等著您!

從市場(chǎng)上看，目前廣泛應(yīng)用的鋰電池，主要是鋰離子電池，根據(jù)正極材料的不同可劃分為錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池。對(duì)于不同種類的鋰電池，所采用的回收方式是存在差異的，如磷酸鐵鋰電池含有的金屬僅為鋰，雖然直接回收鋰的價(jià)值不高，但是其循環(huán)性能和穩(wěn)定性較好，可以先采用梯度利用的方式充分利用之后再進(jìn)行報(bào)廢回收;而三元鋰電池含有鎳、鈷、錳等高價(jià)值金屬，但是循環(huán)性和安全性較差，不適用于梯度利用，而可直接報(bào)廢處理進(jìn)行資源化轉(zhuǎn)化。本文基于專利文獻(xiàn)的分析，探究廢舊鋰電池回收利用的發(fā)展，以期為相關(guān)企業(yè)提供參考。

　　國(guó)外起步早 核心技術(shù)多

鋰離子電池誕生于20世紀(jì)70年代，進(jìn)入上世紀(jì)90年代后才開(kāi)始商用。由于早期鋰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(jià)值較低，回收方式與其它電池類似，進(jìn)行物理拆解后采用酸等提取。因此，在這一階段，關(guān)于鋰電池回收的專利申請(qǐng)較少，全球年專利申請(qǐng)量在20件左右，主要采用濕法冶金提取高價(jià)值金屬。

2009年以后，隨著電動(dòng)汽車(chē)和電子產(chǎn)品的大量使用，鋰電池的使用量呈現(xiàn)劇增態(tài)勢(shì)，與鋰電池回收相關(guān)的年專利申請(qǐng)量也增至近百件。日本的住友金屬、日礦金屬、豐田，比利時(shí)的優(yōu)美科，德國(guó)的默克，韓國(guó)的地質(zhì)資源研究院以及包括中國(guó)在內(nèi)的全球主要鋰電池市場(chǎng)的多家企業(yè)紛紛投身于鋰電池回收利用的研究，相關(guān)專利申請(qǐng)涉及廢棄鋰電池的前處理、正極材料的分離、有價(jià)值金屬的提取、電解液處理等鋰電池回收的各個(gè)環(huán)節(jié)。

不同企業(yè)的電池回收技術(shù)是不同的，以日本住友金屬為例，作為特斯拉和豐田汽車(chē)電池的正極材料供應(yīng)商，其早期主要采用高溫焙燒結(jié)合粉碎、篩選等干法冶金方式回收鋰電池電極中的鎳、鈷。不過(guò)，由于這種處理能耗較高且不易于回收鋰、鋁等金屬，因此住友金屬開(kāi)始采用濕法處理方式回收鋰，并對(duì)提取劑進(jìn)行了研究。而另一家日本企業(yè)，日礦金屬主要對(duì)濕法冶金進(jìn)行研究，采用溶劑提取將鋰電池廢料中的鎳、鈷、錳、銅、鐵、鋁以及鋰等進(jìn)行高效分離回收。

2013年以后，國(guó)外企業(yè)的相關(guān)研究更傾向于提高電池回收利用過(guò)程中的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性，如采用低毒甚至無(wú)毒溶劑、簡(jiǎn)化回收工藝以及對(duì)含氟電解液的處理，回收技術(shù)上并未出現(xiàn)明顯的突破性進(jìn)展。在產(chǎn)業(yè)上，電池回收企業(yè)與下游電池應(yīng)用企業(yè)在電池回收方面的合作得到不斷加強(qiáng)，例如住友金屬與豐田，優(yōu)美科與寶馬、奧迪等國(guó)際車(chē)企達(dá)成電池回收的戰(zhàn)略合作，促進(jìn)電池材料回收的閉環(huán)運(yùn)行，并且優(yōu)美科等國(guó)外企業(yè)也已經(jīng)開(kāi)始在中國(guó)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)布局。

　　國(guó)內(nèi)起步晚 專利增長(zhǎng)快

　　國(guó)內(nèi)關(guān)于鋰離子電池回收的專利申請(qǐng)從2001年開(kāi)始提交，總體而言，呈逐年增加態(tài)勢(shì)，其中2001年至2008年間，我國(guó)相關(guān)專利申請(qǐng)總量較少，2009年以后相關(guān)專利申請(qǐng)量增幅較大，由原來(lái)的年專利申請(qǐng)量40多件迅速增長(zhǎng)至400多件，且目前仍處于較快增長(zhǎng)階段。由此可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)關(guān)于鋰電池回收的專利申請(qǐng)雖然較晚，但是發(fā)展趨勢(shì)與國(guó)外基本一致。

與國(guó)外企業(yè)不同的是，我國(guó)企業(yè)在新能源汽車(chē)動(dòng)力電池方面，前期主要以磷酸鐵鋰為主，相關(guān)專利布局主要集中在濕法冶金對(duì)廢棄鋰電池進(jìn)行回收利用方面，而對(duì)于干法冶金、電池的放電和拆解等前處理工藝以及電解液的回收利用涉及的專利相對(duì)較少。值得注意的是，盡管?chē)?guó)內(nèi)企業(yè)的相關(guān)專利申請(qǐng)總量較多，但申請(qǐng)人的平均專利申請(qǐng)量較低，并且相關(guān)專利申請(qǐng)集中于國(guó)內(nèi)，缺乏對(duì)國(guó)際市場(chǎng)布局的意識(shí)。

隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)更加追求環(huán)保低碳以及可持續(xù)發(fā)展，企業(yè)對(duì)于具有重復(fù)利用價(jià)值的鋰電池材料的回收研究意識(shí)不斷提高，如合肥國(guó)軒高科、格林美、邦普循環(huán)、天齊鋰業(yè)、比亞迪等眾多國(guó)內(nèi)企業(yè)均涉及相關(guān)技術(shù)研發(fā)。值得一提的是，高校和科研院所在相關(guān)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)數(shù)量多于企業(yè)，如中南大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所、南開(kāi)大學(xué)、清華大學(xué)等。與國(guó)外企業(yè)相比，我國(guó)企業(yè)和科研院所聯(lián)合研發(fā)并提交專利申請(qǐng)的數(shù)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，未來(lái)有待于進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)和科研院所聯(lián)合技術(shù)研發(fā)。

在產(chǎn)業(yè)上，我國(guó)業(yè)已出現(xiàn)了一些電池回收企業(yè)與應(yīng)用企業(yè)的合作，并加快該領(lǐng)域技術(shù)的推廣應(yīng)用，如邦普循環(huán)與寧德時(shí)代、合肥國(guó)軒高科與甘肅金川，但同時(shí)也應(yīng)注意到，國(guó)內(nèi)鋰電池回收真正的發(fā)展高峰期尚未到來(lái)，大部分國(guó)內(nèi)企業(yè)仍處于起步階段，技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化程度較低。筆者認(rèn)為，由于磷酸鐵鋰電池不含鎳、鈷、錳等高價(jià)值金屬，單純回收鐵、鋰元素的經(jīng)濟(jì)效益不高，而目前從事鋰電池回收研究的企業(yè)眾多，產(chǎn)業(yè)規(guī)模普遍較小，技術(shù)力量薄弱，因此在鋰電池回收市場(chǎng)尚未爆發(fā)之前，如何增強(qiáng)自身競(jìng)爭(zhēng)力，提高回收效益，使企業(yè)生存下來(lái)可能將成為國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)面臨的首要問(wèn)題。

綜上所述，無(wú)論是從產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)，還是從鋰電池回收技術(shù)進(jìn)展來(lái)看，全球鋰電池的回收利用尚處于初級(jí)階段，而隨著廢舊鋰電池的增加以及相關(guān)政策的推動(dòng)，鋰電池回收在未來(lái)幾年必然會(huì)出現(xiàn)迅猛發(fā)展。同時(shí)，中國(guó)作為全球最大的鋰電池消費(fèi)市場(chǎng)，吸引越來(lái)越多的國(guó)外企業(yè)參與進(jìn)來(lái)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將日益激烈。

筆者建議，面對(duì)日益加劇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)未雨綢繆，苦練內(nèi)功，提升自身綜合實(shí)力。在技術(shù)方面，首先，提高回收廢棄鋰電池直接再生利用的能力，簡(jiǎn)化回收工藝，降低廢舊電池的回收成本;其次，可以通過(guò)加強(qiáng)與高校、科研院所的技術(shù)聯(lián)合，提高有價(jià)值金屬回收率和再生產(chǎn)品性能，從而促進(jìn)鋰電池回收利用經(jīng)濟(jì)效益的提升，同時(shí)加快對(duì)于三元鋰電池回收技術(shù)的研究，提前布局三元鋰電池回收利用。而在產(chǎn)業(yè)方面，需要深化與下游應(yīng)用企業(yè)之間的合作，拉近與再生材料目標(biāo)市場(chǎng)的距離，完善廢舊鋰電池材料的回收再利用機(jī)制，構(gòu)建鋰離子電池從研發(fā)生產(chǎn)、應(yīng)用到回收的閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，另外可以拓展電池回收材料的應(yīng)用領(lǐng)域，提高回收廢棄電池的利用價(jià)值。（張德強(qiáng) 任瑩瑩）

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