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上海品牌定位vsad.cn:废旧锂离子电池回收专利布局研究现状

时间:2018-11-24来源:大力神电池点击:
关键词新能源汽车专利布局锂离子电池回收 随着全球资源的日益紧缺和环境保护的迫切需要,发展新能源以减少资源消耗并降低环境污染正逐渐成为广泛的共识。随着新能源行业的不断
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关键词  新能源汽车  专利布局  锂离子电池回收

随着全球资源的日益紧缺和环境保护的迫切需要,发展新能源以减少资源消耗并降低环境污染正逐渐成为广泛的共识。随着新能源行业的不断迅猛发展,锂离子电池用量越来越大,中国已经是世界上电池生产和消费大国。

2013年,国家层面出台2013-2015年购买新能源汽车补贴标准相关政策,新能源汽车得以快速发展;2015年,受国家补贴政策影响,新能源汽车产销出现爆发式增长。伴随我国新能源汽车市场的爆发式增长,作为新能源汽车心脏的动力电池用量也是水涨船高。以新能源汽车动力电池使用年限为5-10年计算,第一批动力电池回收市场爆发将在2018年左右开始出现。大量的锂电池将要报废,回收工作势在必行,为推进动力电池回收工作有序进行,为了加强新能源汽车动力蓄电池回收利用管理,规范行业发展,2018年2 月26 日,工业和信息化部、科技部、环境保护部、交通运输部、商务部、质检总局、能源局等七部委印发《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》的通知。

对废旧锂离子动力电池加以回收利用,不仅能推动中国循环经济的发展,同时对于中国的生态文明建设具有显著的意义。目前,锂离子动力电池的回收和再利用问题已经成为全行业关注的焦点。

废旧锂离子电池回收简介

锂离子电池包括正极、负极、隔膜、电解液及电池外壳等,废旧锂离子动力电池所含污染物种类多,毒性大。污染物中含有重金属化合物、六氟磷酸锂(LiPF6)、苯类、酯类化合物等(见图1),难以被微生物降解。电池中电极材料等物质一旦进入环境中,其中的重金属离子、有机物、碳粉尘、氟化物等将可能造成严重的环境污染。其中,正极材料会造成重金属污染,污染水体和土壤;负极材料会引发粉尘污染;电解液会引发氟污染以及有机物污染;隔膜材料会造成白色污染。而且,铜、镍、钴、锰、锂等有价金属的流失还会造成资源的浪费。在废旧锂离子电池回收的过程中,首先需要对废旧锂离子电池的部件进行分解,然后对各部件分别进行回收利用(“A review of processes and technologies for the recycling of lithium-ion secondary batteries”,Jinqiu Xua et al.,Journal of Power Sources,第177卷,2008年01月14日,第512–527页)。

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废旧锂离子电池回收目的包括回收金属和再生锂离子电池材料。目前回收的重点是正极材料,有价金属含量高,经济价值大。但是对于电池中的其它成分,如隔膜、电解液、负极活性材料等物质回收较少。其中,金屬的回收步骤包括锂离子电池预处理、二次处理、深度处理以及分离提纯。再生锂离子电池材料制备步骤包括将锂离子电池预处理,以及二次处理后通过补充锂源、铁源等后焙烧得到锂离子电池材料。

预处理步骤主要包括深度放电过程、破碎、物理分选,是指对电池中的电极材料回收之前所需要做的一系列工作,包括释放残余电量、废旧电池的失活处理、去除包装、机械拆解电池的外壳以及对电池的粉碎分选等。通过物理分选可以回收隔膜、电解液和外壳,得到的正负极在破碎过程中由于机械物理作用会造成部分正负极材料从基底上脱落下来,但是大部分材料还附着在基底上。因此,要对破碎后的电池碎片进行二次处理。

二次处理的目的在于实现正负极活性材料与基底的完全分离。由于负极粘结剂一般采用水溶性粘结剂,负极活性材料与铜箔之间的粘结作用较弱,将负极碎片置于水溶液中,强力搅拌就能实现两者完全分离。而正极粘结剂是 PVDF 与 N-甲基吡咯烷酮(NMP)的混合溶液。由于溶剂 NMP 的用量多,从而造成正极材料与铝箔的粘结作用强,难于分离。因此,在二次处理过程中,主要是实现正极材料与铝箔分离,二次处理后得到的电池碎片,经过滤洗涤后得到铝箔和正极材料。铝箔可直接用于冶炼回收,而正极材料需要经过深度处理回收其中的有价金属。深度处理的目的在于回收重金属离子(Co2+、Li+、Ni2+、Mn2+、Cu2+、Al3+)等。

深度处理步骤主要包括浸出和分离提纯两个过程。浸出过程主要有酸浸和微生物浸出两种方法,分离提纯过程主要有沉淀法、萃取法和电化学法。

本文基于万象云运营平台,从多个角度对国内外锂离子电池回收国内专利分布情况进行了分析,希望以此管窥中国废旧锂离子电池回收专利技术所有者中的佼佼者,及它们所做的中国专利技术布局。

国内废旧锂离子电池专利整体趋势

(一)技术发展趋势

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国内锂离子电池回收专利技术始于1999年,在1999-2011年间,每年的专利申请量较少,且无明显增长趋势,说明此时还处于技术萌芽阶段,主要是探索和研究,技术产出还比较贫乏(见图2)。随着锂离子电池回收技术发展向好,进入2011年,专利申请量出现较大幅度的增长,尤其是随着2013年以来国家一系列关于新能源相关政策的出台,政府开始大力支持锂离子电池企业创新发展,使得锂离子电池相关研究呈现井喷态势。伴随着锂离子电池研发的活跃,锂离子电池回收方面的技术产出也快速增加,专利申请量出现大幅度的增长。由于专利数据公开的滞后性,2016年与2017年的数据仅供参考。但是基本上可以推测,锂离子电池回收的专利申请量还会保持大幅度的增长。从图2中可以看出,废旧锂离子电池回收专利申请量尚未出现峰值,表明这一领域技术为新兴技术,正处在高速持续发展之中。

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