林欣蓉、吳笙卉、闕銘宏、謝少棟、李佳慈 / 工研院材化所
隨著各國極力推廣綠能產業發展，鋰電池需求及產量逐年增加，目前市場規模最大且大幅增長的應用領域即為動力鋰電池。然而，早期不論消費電池、動力電池甚至是儲能電池皆陸續進入報廢期，預計未來2~3年鋰電池將迎來大規模退役潮。在此同時，綠能產業的發展也將帶動電池循環產業的高值化及需求。從退役鋰電池透過循環再利用技術取得有價資源，有利於降低鋰電池生產成本並提高綠能產業經濟效益，因此需透過法規制定、電池管理機制、市場經濟、循環模式與減碳效益估算，以達到產業雙贏與綠色循環。
【內文精選】
廢電池循環回收模式
鋰電池的生命週期可分為三個階段，依序為：車輛應用、降階使用及回收，圖一為動力鋰電池生命週期示意圖。在車輛應用中，即包含原材料的提取與製造、電池組裝、使用階段，動力電池在電動車使用階段的健康狀態(State of Health; SoH)若低於80%，即需進行降階再利用；在降階使用初期階段會透過模組篩選測試以及模組標準規範認證，健康狀態在80%至40%之間且通過認證，可視情況於低速車輛載具、充電站、低階儲能系統進行二次利用；當動力電池的健康狀態降至40%以下或未通過認證，則不具降階利用價值，需進行材料循環再利用，回復電池中有價物質，或重製成新電池。
圖一、動力鋰電池生命週期示意圖
本研究計畫之技術開發主要聚焦在鋰鐵電池生命週期─材料循環再利用階段。圖二指出從電池材料塗佈成電極，再組成單電芯、多電芯再焊接成模組、系統，最終到電池應用端，各個階段中電極活物所占有的比率。電極活物包含正極與負極，其中正極約為負極的兩倍，也是電池內部最具有價值的材料。電極活物加入助導劑與黏著劑再塗佈至集電體(負極為銅箔、正極為鋁箔)後，電極活物減少為50~60%，再組裝成電芯或模組後剩下40~50%，到系統剩30~40%，最後在應用載具(如電動載具或儲能)則低於15%以下。國內鋰電池市場規模相對較小，雖然台灣致力推動動力電池國產化，但大部分電芯仍依賴進口，且國內缺乏前驅物及正極材料的合成廠商，主要受制於專利配方及電池驗證，形成產業缺口。
圖二、從電池材料到電池應用端
國際電動車及儲能鋰電池循環發展與布局
1. 國際車廠之布局
(1) 閉環供應鏈管理
許多國際車廠開始採用閉環供應鏈模式(Closed-loop Supply Chain)，這種模式強調電池的全生命週期管理，包括：
① 電池回收與再利用：車廠設置專門的回收計畫，將車輛中失效或壽命到期的電池收回，進行再製造或材料回收。
② 再生材料的應用：回收的電池材料，例如：鋰、鈷、鎳等，可以重新用於製造新電池，減少對原始材料的依賴。
③ 成本與環保的平衡：閉環供應鏈管理可以減少電池原材料的開採，減少對環境的影響，並同時降低生產成本。
(3) 電池的第二生命週期
許多電池在失效後，仍然具有剩餘的儲能能力。國際車廠針對這些電池進行「第二生命」(Second-Life Batteries)計畫，如再利用於儲能系統。許多車廠將使用過的電池重新配置於家庭或工業儲能系統，提供穩定的能源供應，減少廢棄電池的數量。
2. 產業界之布局
電池資源循環是全球產業界當前的重要趨勢，特別是在電動車、再生能源儲存和消費電子產品的廣泛應用下，電池需求快速增長。因此，產業正積極布局電池資源循環，以實現可持續發展並減少對原材料的依賴。
電池法規調適
1. 歐盟綠色政綱
歐洲聯盟(EU)的「綠色政綱」(EuropeanGreen Deal)是歐盟轉型為永續經濟模式的主要戰略。綠色政綱於2019年12月提出，其主要目標是讓歐盟在2050年成為第一個氣候中和的大陸，從而實現更清潔的環境、更負擔得起的能源、更智能的交通、增加新的工作機會以及提升整體生活品質。為了促進歐盟綠色政綱之落實，已建立了多種資金機制，總額超過1兆歐元，這些投資將用於推動歐盟經濟增長和氣候中和所需的政策改革。
3. 永續產品之生態設計法案
「永續產品之生態設計法案」(Ecodesign for Sustainable Products Regulation; ESPR)於2022年3月提出，用以取代歐盟「永續產品生態設計指令」(Ecodesign Directive)，它將引入更廣泛的生態設計要求，適用於更多產品類別，這將對更廣泛的公司產生影響，預計到2030年，因此法案節省的能源量可望相當於歐盟進口俄羅斯天然氣的規模 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》456期，更多資料請見下方附檔。