李清華、盧冠燊、蘇瑞鴻、蔡佳淑、陳品岑、黃于睿／大葉大學環境工程學系
電動車主要是以鋰電池為動力來源，因正極材料的不同，鋰電池又可區分為以磷酸鐵鋰為主的鋰鐵電池與以鎳鈷錳酸鋰為主的三元鋰電池兩大類。為了解車用鋰電池中之有價金屬之含量，以作為回收評估依據，本文乃分析各類鋰電池中之金屬含量。結果顯示，廢鋰鐵電池中正負極混合內含物之鋰、鋁、鐵、銅金屬全含量分別為26,351 mg/kg、159,965 mg/kg、171,080 mg/kg、110,084mg/kg，廢三元鋰電池中正負極混合內含物之鋰、鋁、鈷、鎳、銅、錳金屬全含量分別為49,023mg/kg、17,758 mg/kg、45,019 mg/kg、433,680 mg/kg、13,572 mg/kg、1,100 mg/kg，因此車用鋰電池應具有回收價值。現行商業化之廢車用鋰電池處理方法，包括直接將廢車用鋰電池送火法冶煉廠予以回收處理，或先經穩定化、破碎、分選等步驟，再將含有價金屬之正負極內含物送往濕法冶煉或火法冶煉廠予以回收處理。
【內文精選】
前 言
目前電動車所使用的電池係以鋰電池為主，一般商用汽車鋰電池根據正極材料的不同，可劃分為鋰鐵電池與三元鋰電池兩大類，其中鋰鐵電池的正極材料為磷酸鐵鋰，而三元鋰電池的正極成分則為鎳鈷錳酸鋰。鋰鐵電池具備高安全性、高溫性能好、重量輕、容量大等優勢，因此，鋰鐵電池得到不少汽車大廠的重視，並成為目前電動車主要使用的電源。另三元鋰電池則具有輸出功率大、低溫性能好、循環性能好、放電電壓高等優勢，不但可以提升電動車的續航里程，更能大大減輕用戶對續航里程方面的憂慮，而目前亦成為電動車主要使用的電源。表一為各種不同鋰電池功能比較。
廢車用鋰電池組成成份分析
本文為瞭解廢車用鋰電池中之有價金屬含量，乃分別收集鋰鐵電池與三元鋰電池之正負極材料與正負極內含物進行成份分析。圖一為由國內鋰鐵電池製造商所收集之鋰鐵電池正極與負極外觀。表二為上述正負極樣品之三成份分析結果，表中顯示此正極材料之水份、灰份與可燃份分別為0.008%、99.77%與0.222%，而負極材料之水份、灰份與可燃份分別為0.01%、99.222%與0.768%。另表三為上述樣品之金屬全含量分析結果，由此分析結果得知，鋰鐵電池正極材料之鋰、鋁、鐵金屬全含量分別為29,566 mg/kg、131,555 mg/kg、254,667 mg/kg，而負極材料之銅金屬全含量為409,999 mg/kg。
圖五、廢車用三元鋰電池正負極混合內含物焙燒後之SEM-EDS分析結果
國內外廢車用鋰電池回收情形
由於科技日新月異與電動車的普及，早期的電動車會慢慢老化並被新一代的電動車所取代，故生產年份較早的電動車會最先被廢棄，導致廢車用鋰電池產生。圖八為Tesla、BMW與Nissan於2014年所生產的三款電動車電池的模組構造。其中Nissan汽車的車用電池為袋狀電池，其正極包含低含量的鈷金屬與高含量的錳金屬，Nissan汽車的袋狀車用電池是三款電池中最容易進行拆除的，不過因其電池中含有高含量的錳金屬，而錳金屬的價格並不高，故回收Nissan汽車的袋狀車用電池的經濟效益也相對較低。而圓柱體的Tesla車用電池與棱柱體的BMW車用電池…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖八、2014年Tesla、BMW與Nissan車用鋰電池之內部模組結構
★本文節錄自《工業材料雜誌》411期，更多資料請見下方附檔。