适用于动力工具电池的Second Life技术:潜力巨大,但回收仍是主要途径

大约一半的废旧电动工具锂离子电池在回收时并未深度放电。但目前仅有少量电池能够以经济的方式得到处理。EASLi研究项目旨在探讨不同类型的电池适合何种回收途径,并重点推动更早、更精准的分类工作。
重点关注了三种循环方式:为第二使用阶段进行修复(循环1)、高质量湿法冶金处理,其原料可重新用于阴极生产(循环2),以及通过火法冶金处理生成质量较低的二次原料(循环3)。
实际进入回收流程的物品
在三次分类行动中,共对来自回收点(如回收站或建材市场)的超过四吨材料进行了检测。在所检测的电动工具电池中,锂离子电池占比约为55%,而镍镉电池由于仍有残留产品存在,占比为37%——尽管自2017年起这类电池就已不得在电动工具中使用。
较高的镍镉电池比例表明了这些电池在市场上流通的时间之长。在那些有明确生产年份的电池中(约占四分之一),从生产到被回收的平均时间约为十年,最老的一块电池可追溯至1989年。个人使用的电池平均约八年后被回收,而商业用途的电池则大约四年左右。
具备技术实现可能
总体而言,约70%的已分类动力工具电池处于深度放电状态。这种情况在较老型的镍镉电池中尤为常见。而锂离子电池中则大约有一半并未深度放电;较新的电池平均具有更高的电量。因此,如今的回收电池中确实存在一些技术寿命尚未结束的电池,对这些电池进行进一步的状态检测,以便将其用于二次利用或再利用,是很有意义的。
BDS对265块二手18伏电池进行了检测,以确定其中实际可重复使用的数量。检测流程包括目视检查、电压及单节电池参数测量,以及通过充放电循环来评估电池的健康状态(SoH)。结果令人失望:62%的电池处于深度放电状态,超过三分之一的电池电压甚至低于4伏特,这表明电池的电极已出现不可逆的损伤。在后续对电池健康状态的评估中,研究人员考察了两种数据流——一种来自制造商的数据,另一种通过回收系统获取的数据。在所检测的子样本中,分别有30%和11%的电池适合再次使用。但由于检测样本量仅为64块和19块,因此无法据此对这两种数据流的整体情况做出具有代表性的推断。
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为何尚未形成商业模式
较低的重复使用率是影响经济效益的核心问题。在以德国人工成本为基准的测试场景中,检测与测量技术所需的成本预计将超过可重复使用电池带来的收益。根据最终报告,要实现经济规模的扩展,就需要更精准的预分类、某些检测步骤的自动化,或是调整采购条件。
此外还有法律上的障碍。由于最终用户有处理这些电池的意愿,被送交处理的电池被视为废弃物,只能交给经过认证的专业处理机构——而工具制造商通常并不具备此类认证。同时,责任与保修问题也尚未明确,此外,关于处理后的电池将以何种品牌出售的问题,以及缺乏统一的检测和再利用标准,也都是现存问题。
产品设计同样是个障碍:电动工具电池的设计注重耐用性和使用安全,而非可拆解性。粘合结构以及多种多样的材料使得处理变得困难。最终报告的结论相当谨慎:虽然二次利用在技术上是可行的,但目前仍存在诸多法律、实际操作和经济方面的障碍,阻碍其大规模应用。
高质量回收有望占据最大比例
因此,项目团队预计,只要这些电池能够被充分识别和分类,未来大部分报废的NMC电动工具电池将会进入循环利用流程。修复再利用预计将占据第二大的比例,而火法冶金回收则占比最小。
在ERLOS进行的实验为第二循环提供了实用的经验。由于电池管理系统通常会防止电池完全放电,该公司尝试了一种湿法放电方法:在24小时内将Powertool电池的电压降至1伏以下,同时添加锌盐可减少腐蚀。此外,实验还表明,NMC电池和NCA电池的混合组也可以一起投入第二循环的水冶金回收流程中。对于工艺质量而言,阴极化学成分的精确度不如塑料和电解液残留物等杂质的含量重要。因此,最关键的是尽早将锂离子电池与其他类型的电池分开。
三种选择而非矩阵模型
最初,EASLi计划开发一种多标准评估系统,为每种电池确定最佳的回收途径。但在项目实施过程中发现:在现实中这种矩阵的实用性十分有限,因为收集点、分拣厂和回收处理厂掌握的信息以及决策权限差异极大。
因此,该项目为实际需要做决策的三个环节设计了决策树。在收集点,只需回答几个简单问题:能否识别电池的化学成分?外壳是否有损坏或污染?接点是否完好,制造商是否可辨?

在分类处理环节,会根据电池的化学成分进行区分;而在再利用处理过程中,则还会考虑电池的充电状态和剩余寿命。主要是为了让小型企业无需进行复杂的数据采集,就能将电池分配到合适的处理路径中。


EASLi从电池回收讨论中常被忽视的一个角度入手:决定回收原料质量的并非仅有回收工艺本身,还包括在正式回收之前的电池处理方式。因为优质的循环利用体系从一开始就要考虑能够获取哪些关于电池的信息,以及何时开始分离物质流。
更完善的数据是关键
该项目认为其潜力主要在于更优质的数据与自动化识别技术。数字产品护照或二维码能够显示制造商信息、电池化学成分、容量及生产日期。不过,这并非Powertool电池的强制要求:根据欧盟电池法规,数字电池护照自2027年2月起仅适用于电动汽车和轻型交通工具的电池以及容量超过2千瓦时的工业电池,而不适用于设备用电池。此外,基于人工智能的摄像头系统还可以用于识别电池类型及其外部状况。该项目为此设计了一款应用程序,可通过照片帮助用户判断是重新使用还是回收处理。
EASLi并未预测会出现第二人生在短期内取代动力工具电池回收这一情况。研究结果表明,更合理的循环经济模式应是:识别出优质电池并延长其使用时间,尽早淘汰不合格电池,然后对剩余电池进行加工处理,使尽可能高品质的材料重新用于电池生产。