中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)訊，隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)爆發(fā)，磷酸鐵鋰電池作為動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池的主流選擇，其市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，同時(shí)退役量也將在未來(lái) 3~5 年呈幾何數(shù)量倍增。2023 年全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá) 1465.3 萬(wàn)輛，其中我國(guó)銷(xiāo)量達(dá) 949.5 萬(wàn)輛，占全球銷(xiāo)量的 64.8%;預(yù)計(jì) 2024 年全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量將達(dá) 1830.0 萬(wàn)輛，我國(guó)銷(xiāo)量將達(dá) 1150.0 萬(wàn)輛，2030 年全球銷(xiāo)量預(yù)計(jì)達(dá) 4700.0 萬(wàn)輛。與之對(duì)應(yīng)的是，2022 年我國(guó)動(dòng)力電池退役量已達(dá) 35 萬(wàn)噸，預(yù)計(jì) 2027 年將達(dá)到 240 萬(wàn)噸左右。磷酸鐵鋰電池在正極材料市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，2023 年其出貨量 163.8 萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng) 43.4%，在整個(gè)正極材料中的市場(chǎng)份額達(dá) 66.1%;2024 年 1~10 月，我國(guó)動(dòng)力電池累計(jì)裝車(chē)量 405.8GWh，磷酸鐵鋰電池裝車(chē)占比 72.6%，動(dòng)力和其他電池用磷酸鐵鋰材料用量 147.1 萬(wàn)噸，占比 78.7%。大量退役磷酸鐵鋰電池不僅存在觸電、燃爆、腐蝕等安全隱患，還會(huì)造成重金屬、電解液污染等環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)其含有的銅、鋁、鋰等資源具有較高商業(yè)回收價(jià)值，因此退役磷酸鐵鋰電池回收成為行業(yè)關(guān)注焦點(diǎn)，相關(guān)裝備的研發(fā)與投資也具備重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。以下是2025年磷酸鐵鋰電池行業(yè)投資分析。

  一、磷酸鐵鋰電池退役現(xiàn)狀與回收需求：資源價(jià)值與環(huán)境安全雙重驅(qū)動(dòng)

  磷酸鐵鋰電池憑借高比容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高電壓平臺(tái)、良好安全性等特性，在新能源汽車(chē)和儲(chǔ)能領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。隨著早期投入使用的磷酸鐵鋰電池逐漸進(jìn)入退役期，未來(lái) 3~5 年退役量將呈幾何數(shù)量倍增。從資源價(jià)值來(lái)看，磷酸鐵鋰電池中正極磷酸鐵鋰、集流體(銅箔和鋁箔)具有較高商業(yè)回收價(jià)值，正極材料占電池 40% 以上成本，回收外殼鋁、不銹鋼、集流體銅和鋁材的雜質(zhì)含量對(duì)回收價(jià)值影響較大，通常需要先進(jìn)行除雜、精煉，用于制作銅板帶和鋁型材;而隔膜、電解液回收無(wú)商業(yè)價(jià)值，回收石墨負(fù)極價(jià)值相對(duì)較低。從環(huán)境安全角度而言，報(bào)廢磷酸鐵鋰電池若處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致觸電、燃爆、腐蝕等安全問(wèn)題，其含有的重金屬、電解液還會(huì)造成環(huán)境污染，如正極材料 LiFePO?與酸堿反應(yīng)后磷易污染水體環(huán)境，電解質(zhì) LiPF?、LiBF?等腐蝕性強(qiáng)，遇水或高溫釋放有毒有害氣體導(dǎo)致氟污染，電解劑 EC、EMC 等燃燒產(chǎn)生 CO 影響人類(lèi)健康，隔膜 PP、PE 燃燒生成醛、CO 和有機(jī)酸等有機(jī)物污染，粘結(jié)劑 PVDF 受熱分解產(chǎn)生 HF 造成氟污染，這些都嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境和人身健康。當(dāng)前市售退役磷酸鐵鋰電池處理工藝多為先放電，再人工或機(jī)械拆解外殼、機(jī)械粉碎正負(fù)極片，以獲得鋁粒、銅粒、正負(fù)極黑粉及隔膜，該工藝雖能實(shí)現(xiàn)資源最大化利用且產(chǎn)物雜質(zhì)含量低，但存在電芯需單獨(dú)放電、人工拆解外殼和分離卷芯、多次破碎粉塵大等問(wèn)題，設(shè)備系統(tǒng)集成化低、制成損耗大、人工勞動(dòng)強(qiáng)度高、環(huán)境污染大，因此開(kāi)發(fā)帶電破碎整體大通量熱解智能化裝備成為行業(yè)迫切需求。

  二、磷酸鐵鋰電池帶電破碎大通量熱解裝備研發(fā)：技術(shù)設(shè)計(jì)與工藝流程優(yōu)化

  為解決退役磷酸鐵鋰電池回收過(guò)程中的技術(shù)痛點(diǎn)，相關(guān)裝備研發(fā)采用 CAD、Solidworks、COMSOL 等工具，圍繞帶電破碎、熱解、分選等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)性設(shè)計(jì)，保障處理過(guò)程的安全性、高效性和產(chǎn)物均勻性。裝備處理流程具體為：將退役磷酸鐵鋰方形鋁殼電池在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行穿刺放電，隨后將放電電池送入四軸撕碎機(jī)撕碎，撕碎混合物料經(jīng)低溫裂解去除電解液，再在 450℃氮?dú)鈿夥障聼峤馊コ?PVDF 和有機(jī)物;過(guò)程中通過(guò)篩分分選得到黑粉，通過(guò)錘破、比重分選、研磨等工序得到銅、鋁顆粒和細(xì)小黑粉，通過(guò)磁選得到磁性殼體;隔膜、電解液和膠帶通過(guò)熱解裂解變成有機(jī)物，由后端環(huán)保設(shè)備焚燒吸附，整個(gè)過(guò)程通過(guò)智能化 DCS 系統(tǒng)控制。在技術(shù)保障方面，對(duì)帶電電池采用穿刺放電以實(shí)現(xiàn)快速、安全放電，通過(guò)仿真模擬優(yōu)化裝備溫度場(chǎng)和氣流場(chǎng)，保障熱解均勻性和電解液有效脫除，在帶電破碎過(guò)程中控制氧含量進(jìn)一步保障安全，通過(guò)系統(tǒng)性設(shè)計(jì)工藝流程保障分解產(chǎn)物的均勻性。為驗(yàn)證裝備性能，采用 10 噸退役磷酸鐵鋰方形鋁殼電池進(jìn)行處理測(cè)試，并運(yùn)用多種精密儀器對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析，包括荷蘭帕納科 X’Pert 3 型 X 射線衍射儀分析黑粉物相、德國(guó)蔡司 G500 型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡分析黑粉及銅鋁粒形貌、馬爾文帕納科 Mastersizer 3000 激光粒度儀分析黑粉粒度、美國(guó) PE Avio 200 型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀分析黑粉及銅鋁粒雜質(zhì)含量、瑞士萬(wàn)通 ECO 自動(dòng)滴定儀分析黑粉中 Fe、P 含量、山東萬(wàn)聯(lián)達(dá) CS-901B 高頻紅外碳硫分析儀分析黑粉中碳含量。

  三、磷酸鐵鋰電池穿刺放電技術(shù)性能：效率與安全性數(shù)據(jù)驗(yàn)證

  《2025-2030年全球及中國(guó)磷酸鐵鋰行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》指出，放電技術(shù)是退役磷酸鐵鋰電池安全處理的關(guān)鍵前置環(huán)節(jié)，目前主流放電技術(shù)包括化學(xué)法、外接負(fù)載放電法、物理法和穿刺法，各方法在過(guò)程、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)上存在明顯差異?；瘜W(xué)法采用無(wú)機(jī)鹽水或工業(yè)水(如氯鹽溶液、氫氧化鈉溶液、硫酸鹽溶液)放電，雖安全且成本低，但周期長(zhǎng)，且鹽溶液易腐蝕電池外殼導(dǎo)致有毒有害物質(zhì)釋放;外接負(fù)載放電法通過(guò)外接負(fù)載恒流放電，安全且環(huán)境友好，但需專(zhuān)用設(shè)備且電池規(guī)格需統(tǒng)一，還存在電壓反彈造成虛假放電的問(wèn)題;物理法通過(guò)帶電機(jī)械破碎(如濕法破碎、低溫破碎、氣體保護(hù)破碎)放電，快速且成本低，但安全風(fēng)險(xiǎn)高、對(duì)設(shè)備要求高;穿刺法通過(guò)穿刺電池放電，安全、快速且成本低，僅存在極片帶電的問(wèn)題，因此成為退役磷酸鐵鋰電池處理的優(yōu)選放電技術(shù)。穿刺放電具體過(guò)程為在惰性氣體(氮?dú)?保護(hù)下，通過(guò)穿刺使電池強(qiáng)制短路釋放電壓，實(shí)現(xiàn)深度放電。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，未放電的磷酸鐵鋰電池電壓為 3.47V，穿刺放完電后電壓為 0.5V，而將電芯拆開(kāi)后，正負(fù)極片在電解液環(huán)境下電壓為 1.26V，因此后續(xù)帶電破碎需在無(wú)氧環(huán)境下進(jìn)行，防止電壓反彈導(dǎo)致帶電燃燒或氧化。進(jìn)一步測(cè)試表明，3.325V 滿電磷酸鐵鋰電池在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，先恒流放電 60min 后恒壓放電，30min 內(nèi)可放電至 0.15V，放電效率達(dá) 95.15%(放電效率計(jì)算公式為 (1 - 剩余電壓))，60min 可放電至 0.015V，放電效率達(dá) 99.6%，充分驗(yàn)證了穿刺放電技術(shù)的高效性和安全性。

  四、磷酸鐵鋰電池?zé)峤庋b備溫場(chǎng)與流場(chǎng)仿真：均勻性?xún)?yōu)化數(shù)據(jù)支撐

  為保障退役磷酸鐵鋰電池?zé)峤膺^(guò)程中爐內(nèi)溫度、氮?dú)鈿饬鲌?chǎng)的均勻性，獲得均勻性好、雜質(zhì)含量低、熱解充分的產(chǎn)物，需對(duì)熱解裝備回轉(zhuǎn)爐的溫度場(chǎng)和氣流場(chǎng)進(jìn)行仿真模擬與優(yōu)化。在溫度場(chǎng)模擬方面，運(yùn)用 CAD、Solidworks 軟件建立回轉(zhuǎn)式熱解裝備有限元模型，借助 COMSOL 軟件建立網(wǎng)格劃分模型，包括熱解回轉(zhuǎn)爐二維模型、簡(jiǎn)化后的筒體三維模型及有限元筒體模型，并對(duì)回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行軸向和徑向網(wǎng)格化。通過(guò)熱力學(xué)模擬得到軸向和徑向的切面溫度場(chǎng)分布云圖，以上下端加熱方式為研究對(duì)象開(kāi)展工況下裝備溫度場(chǎng)模擬及均勻性分析，結(jié)果顯示軸向溫度場(chǎng)均勻性良好，工作區(qū)域溫差值 ±5℃，但徑向溫度場(chǎng)均勻性不佳，溫差值較大，后續(xù)通過(guò)優(yōu)化發(fā)熱體布局、改進(jìn)溫度控制方法，進(jìn)一步提升了徑向溫度場(chǎng)均勻性。在氣流場(chǎng)模擬方面，以現(xiàn)有熱解裝備出料端為進(jìn)氣、進(jìn)料口為出氣作為研究對(duì)象，研究多物理場(chǎng)耦合下的氣流場(chǎng)分布，通過(guò)筒體有限元三維建模，在多物理場(chǎng)耦合下得到軸向和徑向的氣流場(chǎng)分布云圖，結(jié)果顯示氣流場(chǎng)整體分布較均勻，為進(jìn)一步優(yōu)化，設(shè)計(jì)在設(shè)備中部開(kāi)孔，以實(shí)現(xiàn)更高效、更均勻的氣流場(chǎng)。最終優(yōu)化后，采用標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)治熱電偶對(duì) 450℃各溫區(qū)三個(gè)點(diǎn)測(cè)試回轉(zhuǎn)窯爐溫均勻性，數(shù)據(jù)顯示回轉(zhuǎn)爐最高溫度 453℃，最低溫度 445℃，溫度均勻性 ±4℃，波動(dòng)小，完全滿足熱解溫度均勻性需求。

  五、磷酸鐵鋰電池帶電破碎熱解產(chǎn)物性能與經(jīng)濟(jì)價(jià)值：數(shù)據(jù)化成果展現(xiàn)

  采用帶電破碎大通量一體化智能裝備處理 10 噸退役磷酸鐵鋰方形鋁殼電池，最終獲得銅粒、鋁粒及黑粉三種主要產(chǎn)物，通過(guò)多種測(cè)試手段對(duì)產(chǎn)物性能進(jìn)行分析，同時(shí)統(tǒng)計(jì)能耗和收率，評(píng)估裝備的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。從產(chǎn)物性能數(shù)據(jù)來(lái)看，磷酸鐵鋰電池帶電破碎整體收率達(dá) 98.5%，產(chǎn)物純度高，其中銅純度為 (99.4±0.2)%，鋁純度為 (99.16±0.3)%;黑粉的主要成分為磷酸鐵鋰和石墨，其中鋰含量為 (2.4±0.4)%，碳含量為 (20±5)%，雜質(zhì)含量低，銅雜質(zhì)含量為 (0.32±0.13)%，鋁雜質(zhì)含量為 (0.18±0.05)%。從經(jīng)濟(jì)價(jià)值數(shù)據(jù)來(lái)看，該裝備處理退役磷酸鐵鋰電池的加工費(fèi)每噸≤1500 元，遠(yuǎn)低于行業(yè)內(nèi)部分傳統(tǒng)工藝成本，且裝備具有大通量、一體化、智能化的特點(diǎn)，能有效解決傳統(tǒng)工藝設(shè)備系統(tǒng)集成化低、制成損耗大、人工勞動(dòng)強(qiáng)度高、環(huán)境污染大等問(wèn)題，為鋰電回收行業(yè)提供了穩(wěn)定、可靠的裝備支撐，有助于推動(dòng)退役磷酸鐵鋰電池行業(yè)回收產(chǎn)業(yè)規(guī)模化、規(guī)范化發(fā)展，在實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用、減少環(huán)境污染的同時(shí)，為行業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)收益。

  全篇總結(jié)

  本文圍繞2025年磷酸鐵鋰電池行業(yè)投資中退役電池回收領(lǐng)域展開(kāi)，從行業(yè)現(xiàn)狀、裝備研發(fā)、關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)物性能及經(jīng)濟(jì)價(jià)值等方面進(jìn)行了全面分析。當(dāng)前磷酸鐵鋰電池退役量快速增長(zhǎng)，其資源價(jià)值與環(huán)境安全問(wèn)題凸顯，傳統(tǒng)回收工藝存在諸多痛點(diǎn)，而帶電破碎大通量整體熱解裝備的研發(fā)有效解決了這些問(wèn)題。通過(guò)穿刺放電技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高效安全放電，30min 內(nèi)可將滿電電池放電至 0.15V，放電效率 95.15%;通過(guò)溫場(chǎng)與流場(chǎng)仿真優(yōu)化，使裝備熱解溫度均勻性達(dá) ±4℃，保障了產(chǎn)物質(zhì)量;裝備處理 10 噸退役電池整體收率 98.5%，銅、鋁純度分別達(dá) (99.4±0.2)%、(99.16±0.3)%，加工費(fèi)每噸≤1500 元。這些數(shù)據(jù)充分證明該裝備在技術(shù)上先進(jìn)、在經(jīng)濟(jì)上可行，為磷酸鐵鋰電池回收行業(yè)發(fā)展提供了有力支撐，也為2025年該領(lǐng)域投資提供了重要參考方向，有助于推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)資源循環(huán)利用和可持續(xù)發(fā)展。

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