随着新能源汽车存量增加和动力电池“退役潮”的来临，动力电池回收作为解决环保问题、补充上游资源的重要手段，其行业地位和发展前景逐步提升。本文以动力电池回收领域近30多年来的研究论文[1]和专利申请[2]为基础，利用文献数量、专利数据进行态势分析，结合近十多年来的显著进展，系统梳理回收过程中亟待解决的问题，以期为我国动力电池回收领域相关动向提供参考。
一、动力电池文献研究和专利申请呈现快速增长趋势
文献研究方面，1991—2007年，动力电池回收相关文献数量较低，整体数量增长缓慢；2008—2014年，随着欧盟修订版《电池指令》强制推进退役动力电池的回收利用工作等政策影响，电池回收文献数量逐渐增长；2015—2020年，中国陆续发布《生产者责任延伸制度推行方案》《新能源汽车废旧电池动力蓄电池综合利用行业规范条件》《新能源汽车动力蓄电池梯次利用管理办法》等，激励科研机构和企业研究制定可操作的废旧动力蓄电池回收处理、再利用方案的积极性，这一时间段，文献数量增长迅速；2020年以后，各国迎来电池退役潮，全球动力电池市场竞争愈发激烈的背景下，回收领域文献数量增速进一步提升。
图1 动力电池回收领域文献发表数量年度变化
专利申请方面，1990s的专利申请数量稳定在200多件，2007年以前的专利申请数量较少且增长缓慢；2008—2015年，申请数量开始有所增长，但增速仍然较缓；2015年以后，受政策驱动和企业布局等影响，科研机构、高校以及企业等积极开展电动汽车动力电池回收利用工作，以期建立上中下游联动的动力电池回收利用体系，促使专利申请数量大幅提升。总体来看，动力电池回收专利申请趋势虽有波动，但整体上呈现上升态势。随着2020年后各国积极部署交通运输部门脱碳，汽车电气化占比越来越高，动力电池回收技术的研究将逐步走向成熟，放电预处理、拆解、浸出、金属分离提取、前驱体合成等技术开始广泛应用，电池回收技术研发体系日渐完善。
图2 动力电池回收领域专利技术申请年度变化
二、中国研究机构和主要企业积极参与动力电池回收研究
从文献数量来看，中国（43.04%）、美国（13.76%）的发文量位居全球第一、第二。德国、韩国、印度、英国、日本和澳大利亚的论文数量均超过200篇。其中，被引频次方面，中国位列第一（76773），其次为美国（43609）、英国（17556）；篇均被引频次方面，则是法国位列第一（90），其次为英国（65.26）、美国（55.91），中国相对较低（31.48）。从机构发文量来看，中国科学院（265）、中南大学（231）、北京理工大学（188）的发文量位居全球前三，中国科学院过程工程研究所（45）、长春应用化学研究所（14）、生态环境研究中心（13）的发文量、被引频次、篇均被引频次较高。
从专利申请来看，中国（48.3%）、日本（16.24%）、美国（8.84%）、韩国（6.65%）和德国（3.52%）的专利申请数量居于全球前五，专利数量约占总量的83.56%，其余国家的专利数量较低。住友商事株式会社（922）、邦普循环科技有限公司（905）、丰田汽车公司（455）、中国科学院（381）和吉坤日矿日石金属株式会社（363）的专利申请数量居于全球前五企业/机构。邦普循环科技有限公司（905）、中南大学（267）、格林美股份有限公司（166）、中国科学院过程工程研究所（164）和合肥国轩有限公司（155）等国内企业/机构处于行业领先地位。
三、各国研究主题和研发技术存在显著差异
中国电池回收以锂电池的湿法回收为主，主要在废旧锂电池（spent Li battery）领域开展研究与探索，包括正极材料（cathode material）和负极材料（anode material）回收再利用、浸出（leaching）和溶剂萃取（solvent extraction）工艺升级改造、电池拆解分离（separation）等主题，技术研发主要集中在负极片、磷酸铁锂和回收方法方面。
美国注重电池的生命周期评估（life cycle assessment）和可持续性（sustainability），最早开始布局低污染、高效能的固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell）研发，目前基本实现商业化，早期的固体氧化物燃料电池也已进入退役阶段，促进相关回收技术不断发展。
德国在锂电池（Li battery）回收领域积累了丰富的经验与成果，从锂电池中回收锂（lithium）等关键材料的技术较为成熟，同时严格要求电池制造商在整个生命周期（life cycle assessment）考虑可回收性，确保电池的合规回收和处理。
除上述3个国家外，其余国家，如韩国、印度、英国等也在电池回收方面积极布局，包括回收钴（cobalt）等关键金属原材料、升级浸出（leaching）工艺等。
四、动力电池回收研究进展
近10多年来动力电池回收领域在放电处理、拆解粉碎、分离提取和回收方法改进等方面进展显著：
（1）放电处理。废旧动力电池通常有物理放电和化学放电两种放电预处理方式，多项研究指出相比于物理放电，化学放电效率更高、安全性更强，如研究利用石墨粉和铜粉的放电实验发现物理放电虽然可以迅速释放电量，但会释放大量热能，安全性不高，难以实现规模化和自动化[3]；通过分析物理及化学手段对电池放电的影响，发现化学放电更适宜使用，氯化钠和硫酸铁混合溶液可以大幅缩短放电时间[4]；而针对化学放电过程中的有机电解质泄露问题，上海交通大学团队发现硫酸锰溶液可以作为电池放电介质，其在放电过程中形成的隔离膜能避免电偶腐蚀和有机电解质泄露[5]。
（2）拆解粉碎。拆解方式分为人工拆解和机器拆解。由于拆解过程有爆炸和燃烧等风险，机器拆解逐渐推行。不过机器拆解虽然可以消除危险，但由于电池系统的复杂性和其他潜在问题，仅靠机器拆解仍有一定局限性[6]。当前使用最多的方法是人机结合拆解，如有研究设计出动力电池拆解装置的系统布局图，送仓-环切-切断-取芯等过程由机械手操作[7]。更加精细的拆解工艺采用X射线测量的方式，先确定层压汇流条在电池中的位置，然后调节切割刀片的相对位置，使刀片能够沿着层压汇流条精准切割[8]。
（3）分离提取。分离方法包括机械分离、溶剂萃取、加热处理。研究表明，机械分离虽然操作简单，成本较低，但为了分离电极极粉，需要将集流体破碎至极细粒度，容易使得大量极细铜/铝粉末进入到极粉中造成物料二次污染，加大后续锂的提取难度[9]。溶剂萃取分离极粉的效果较好，但操作复杂且有机试剂具有毒性，其中，毒性较小、价格适中的N-二甲基乙酰胺作为有机试剂分离正极活性材料与铝箔的效果较好，正极物质回收率达到97.59%[10]。加热处理可以除氟且分离效果较好，不足之处在于能耗较高，且聚偏二氟乙烯加热分解中会释放出有毒的氢氟酸，这就需要进一步处理释放的尾气[11]，600 ℃、30分钟条件下进行浮选分离的磷酸铁锂回收率为95.17%[12]。
（4）方法改进。常用的回收方法主要有物理回收、干法回收、湿法回收等。物理回收能耗较低、效率较高、灵活性强，主要包括破碎浮选和机械研磨等技术，研磨和浮选相结合可用于回收氧化锂钴和石墨，回收率约为49.32%和73.56%[13]。干法回收包括高温冶炼和还原焙烧，将石墨和氧化锂钴电池的正极材料进行无氧焙烧，可分解成钴、碳酸锂和石墨混合物，再通过湿法磁选进一步分离，可以使得锂、钴和石墨的回收率分别达到约98.93%、95.72%、91.00%[14]。湿法回收是目前最常用的回收方法，其中，在95 ℃环境下利用饱和碳酸钠与锂离子反应回收生成碳酸锂的锂回收方式工艺简单、过程环保，具有较大的应用潜力[15]。
五、动力电池回收未来展望
通过梳理近5年来的高被引动力电池回收领域文献，发现电池放电处理、拆解粉碎、分离提取和回收方法方面均存在亟待解决的问题。
放电处理环节中电池剩余寿命预测方法存在一定不足，电池剩余寿命检测易受建模方法、结果可用性等干扰，放电处理工艺的改进既需要考虑加快放电速率，也要考虑环境保护和健康保障；拆解粉碎环节距离智能化、数字化仍有一定差距，拆解过程的复杂程度和安全问题受到电池设计、成组方式、使用工况等影响；安全、绿色、低成本的分离提取技术缺乏，电极材料、电解液、隔膜等高附加值的中间品难度较大、分选困难，容易造成贵重金属的浪费；主流回收方法存在无法全部回收有价金属、容易造成环境污染、成本高等问题。
未来动力电池回收对于我国实现双碳目标，促进经济绿色可持续发展具有重要作用。我国应该加强废旧动力电池回收处理技术的研发与革新，突破余能检测、残值评估、重组利用等环节的关键科学和技术问题，包括：电池放电检测和寿命预测、电池放电快速检测手段、电池全寿命状态估算研究、电池回收及再生利用过程中的组件自动化/智能拆解及重复利用、锂和钴等金属的选择性回收、处理过程的碳足迹追溯等。
注释与参考文献：
[1] 以Web of Science的SCI和SSCI数据库为数据源，以TS=((“power batter*” or “power cell”) and (recycling or recycle)) or (((Lithium or Li) or (Nickel or “Ni-MH” or “NiMH” or “MH/Ni”) or (“Nickel Zinc” or “Zinc Nickel” or “Ni-Zn” or “Zn-Ni”) or (“Nickel Cadmium” or “Cadmium Nickel” or “Ni-Cd” or “Cd-Ni”) or (“Nickel Iron” or “Iron Nickel” or “Ni-Fe” or “Fe-Ni”) or “lead acid” or “air” or “fuel” or “flywheel” or (“sodium sulfur” or “Na-S”)) and (cell or batter*) and (recycling or recycle)) or “echelon use”为检索式，共获取2023年12月31日前的Articles和Review Articles论文5667篇，其中，高被引论文179篇。基于获取的文献数据集，利用Thomson Data Analyzer（TDA）软件对原始数据进行必要清洗后进行统计分析，并结合VOS viewer进行可视化研究。
[2] 利用智慧芽专利分析平台进行分析，从分类号确定检索式为TACD: (IPC:(H01M or H01M10/00 H01M8/00) or CPC:(H01M or H01M10/00 H01M8/00)) and ((IPC:(B01D) or CPC:(B01D)) or (IPC:(B02C) or CPC:(B02C)) (IPC:(B09B) or CPC:(B09B)) or (IPC:(B22F) or CPC:(B22F)) or (IPC:(B23D) or CPC:(B23D)) or (IPC:(C22B) or CPC:(C22B)) or (IPC:(C25B) or CPC:(C25B)) or (IPC:(C01D) or CPC:(C01D)) or (IPC:(C01G) or CPC:(C01G)) or CPC:(Y02W)) or IPC:(B09B3/00 or H01M6/52 or H01M10/54 or H01M8/008) or CPC:(B09B3/00 or H01M6/52 or H01M10/54 or H01M8/008 or Y02W30/84 or Y02W30/50)，同时叠加“电池回收”语义过滤，收集截止日期为2023年12月31日的相关专利信息，总计约33640组申请。
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