Redwood公司用电池废料制造铜箔，拟卖给松下超级工厂做新电池

对红木材料（Redwood Materials）公司来说，停车场里的一排排纸板箱代表着电动汽车的过去和未来。这个临时存储空间是红木材料的电池回收基地，占地 10 多英亩。

(资料图片)

大多数纸箱都和洗衣机差不多大小，用白色塑料包裹着，一些打开的纸箱暴露了里面的东西：无线键盘、废弃的玩具、大块大块的废弃汽车电池。

所有这些废弃物品都不是垃圾，而是宝贵的材料——有价值的是它们所含的金属，对满足电动汽车的爆炸式需求至关重要。

越来越多的回收公司正在涌现，它们致力于把垃圾转化为可用于电子产品和电动汽车的锂离子电池，红木材料只是其中之一。

该公司于 2022 年中旬宣布了价值 35 亿美元工厂的建造计划。预计到 2025 年，该工厂生产的材料可满足 100 万块电动汽车锂离子电池，到 2030 年预计将增加到 500 万块。红木材料计划于 2023 年在美国东部开始建设一个新园区。

（来源：REDWOOD MATERIALS）

与此同时，加拿大公司 Li-Cycle 目前运营着四个商业设施，每年可以回收约 3 万吨电池，另有三个新设施正在计划之中。其他美国初创公司，如美国电池技术公司（American Battery Technology Company），也宣布了大规模的商业测试，与中国和欧洲现有的材料回收参与者展开竞争。

虽然将金属回收比掩埋更有利于环境，但相关产业更多的是受到了电动汽车市场蓬勃发展的刺激。电动汽车的销量在全球呈爆炸式增长，对制造其电池要用到的金属带来了新的需求，特别是锂、镍和钴。

2022 年，电动汽车占新车销量的 13%，到 2030 年这一数字预计将攀升至 30% 左右。为所有这些电动汽车提供电池，需要比目前多得多的金属。

到 2035 年，可能需要 200 多个新矿场，才足够为电动汽车电池提供所需的钴、锂和镍。到 2050 年，锂的产量需要增长 20 倍，才能满足电动汽车的需求。

图 | 红木材料为旧手机、平板电脑和其他使用锂离子电池的设备开设了回收项目（来源：REDWOOD MATERIALS）

回收利用可能是原材料的一个主要新来源。2021 年，全球有超过 60 万吨的可回收锂离子电池和相关的制造废料。根据咨询公司 Circular Energy Storage 的数据，到 2030 年，这一数字预计将超过 160 万吨。在那之后，随着最早一批电动汽车逐渐报废，这一数字可能会出现暴涨。

锂离子电池回收过程中的新进展正在改变这个行业，新技术使回收设施能够分离和回收足够多的高价值金属，从而放大整个过程的经济效益。

虽然仅靠回收不能解决材料短缺的问题，因为我们未来对金属的需求远远超过能回收的材料，但由于这些技术的发展，它可能在未来几十年的供应链中占据很大的一部分。

2022 年 9 月，在我访问红木材料时，它正准备运出它第一款产品的样品，一种用于电池阳极的小铜箔。它的客户是松下的内华达州超级工厂，后者又为不到 5 英里外的特斯拉工厂生产电池。

去红木材料工厂的路上，沿途的风光让我想到了西部电影。但随着建造场地的临近，西部的氛围逐渐消失，取而代之的是一种紧迫感，那里的每个人都散发着这种感觉。

几座巨大的建筑正在建设中，工地上身着安全背心和安全帽的工程师和建筑工人匆匆忙忙，穿梭于拖车组成的临时办公室、实验室和会议室之间。

待施工完成后，这片场地将负责生产两种主要产品：阳极用铜箔和锂、镍和钴的混合物，又被称为阴极活性材料。

这些组件占了电池单元成本的一半以上。到 2025 年，红木材料工厂每年的产量预计将满足超过 100 万辆电动汽车的电池需求。

往山下看，最远处是生产铜箔的建筑，有屋顶和墙壁；一个制作铝箔的机器被放在不起眼的角落。

另外两座主要建筑看起来还没有完工——一座缺少了墙壁，另一座还只有一个地基。红木材料似乎野心勃勃，有着规模庞大的建设计划。

“偏执的感觉”

红木材料公司由 JB·斯特劳贝尔（JB Straubel）创立，他曾在 2010 年代初担任特斯拉的 CTO，领导了该公司的许多电池突破，包括其充电站网络的建立。

但就在特斯拉积极改变电动汽车的制造和销售方式时，斯特劳贝尔却担心，对电池材料的需求会变得异常迫切。他开始思考如何降低电池的成本，并帮助减少与制造电池相关的碳排放。

斯特劳贝尔 2019 年离开了特斯拉，但离开之前他就已经创立了红木材料公司。他想要创建一家可持续的电池材料公司，在讨论他的工作时，他带着一种令人窒息的兴奋感，还有一种工程师特有的精确：在解释自己对未来电池生产的愿景时，他偶尔会暂停一下，重新整理并阐述自己的想法。

他说：“除非你对原材料有一个闭环，否则它（现在的电池生产模式）根本行不通。我们没有足够的新原材料来不断建造和扔掉它们。”

图丨从它收集的废弃电池中回收有价值的金属，如钴、锂、钴和镍（来源：REDWOOD MATERIALS）

创建一个收集材料的闭环，让旧电池成为新电池的原料，听起来似乎很简单，但执行起来并不简单。斯特劳贝尔说：“这不仅仅是垃圾管理或分类问题。”

有价值的金属是“锁”在电池中的，将它们进行化学分离是一项复杂的任务。实验室、初创公司和老牌公司都在寻找理想的工艺，以最纯粹的形式回收尽可能多的价值型材料。

红木材料的技术解决方案是商业机密，也可以说是它的秘密武器。但它的实现方法也是一个正在进行中的工作，需要在摸索中不断完善，而且越快越好。

斯特劳贝尔说：“我认为我们（这个行业）发展得不够快，没人会不同意这一点。”

回收的作用

大多数锂离子电池的回收设施，都使用一种被称为湿法冶金的化学过程，用一系列的酸和溶剂对电池中的材料进行溶解和分离。除了镍、钴、石墨和铜等材料，最近的技术进步使得湿法冶金也能以高效率回收锂。

图 | 红木材料的首批产品之一是铜箔，用于锂电池阳极。（来源：REDWOOD MATERIALS）

经过额外的加工，回收的材料可以用于新产品。研究人员发现，对于充电和储存电而言，从电池中回收的金属和开采出来的金属具有相同的效果。

许多电池在加工前需要人工拆卸。比如电动汽车的电池组，它们的尺寸与床垫相当，对红木材料的设备来说太大了。

还有那些仍然附着在电子产品上的电池，比如笔记本电脑或电动工具里面的电池。所有这些电池通常都含有锂、镍和钴，尽管有多又少：消费电子设备的电池往往比电动汽车的电池含有更多的钴。

图 | 红木材料公司计划在新园区生产铜箔片，交付给松下（来源：REDWOOD MATERIALS）

红木材料公司的制造副总裁安迪·汉密尔顿（Andy Hamilton）表示，一旦公司开始收到更多的材料，人工拆卸的效率就太低了。

最终，该公司希望更多地实现这种分类过程的自动化。不过，建立这种处理各种电池的自动化系统可能充满挑战。

在分类和拆卸后，仍能充电的电池会被放到传送带上，然后被送到四个巨大的房间中，接下来的流程是煅烧，电池会在高温下放电并去除溶剂。

随后，材料会被压成粉末，送入湿法冶金过程，以分离单个元素。

加州大学戴维斯分校的能源系统研究员艾莉莎·肯德尔（Alissa Kendall）说，尽管技术上最近取得了进步，但回收利用在短期内无法满足人类对电池材料的需求。由于需求呈指数级增长，到 2050 年回收的电池最多也只能占到镍和锂供应量的一半左右。

图丨红木材料公司于 2021 年底开始建设其电池材料园区。（来源：REDWOOD MATERIALS）

然而，随着电池化学性质的发展，这个百分比可能会改变，就像钴所带来的改变。如今，电动汽车电池中的钴含量比过去少，电池制造商一直在寻找从电池中减少这种昂贵金属的方法。肯德尔说，到 2040 年回收钴可能占供应量的 85%。

即使回收利用不能完全取代采矿业，减少采矿的需求也可以减少生产新电池所带来的社会和环境负担。非洲、亚洲和中美洲开采了许多金属。据国际能源机构称，在这些地区进行采矿工业往往存在人权问题，包括强迫劳动和童工，还会带来严重的空气和水污染。

图丨大型电池比如储能系统的电池，通常需要人工拆卸（来源：REDWOOD MATERIALS）

等待电池的海啸

电池回收行业的一些人认为，该行业不需要太多的政策支持，因为电池中的材料有足够高的价值，足以证明回收的合理性。但美国最近的政策举措可能会进一步推动回收商的回收生产动力。

由于红木材料的制造工厂在美国，该公司可能有资格享受《降低通货膨胀法案》种的税收抵免。该法案还将推动对这些公司的需求。比如要想让汽车有资格获得 7500 美元的税收抵免，汽车制造商需要在美国或其自由贸易伙伴那里采购材料和制造电池。

批评人士警告说，汽车行业可能无法足够快地搞定电动汽车税收抵免，特别是在材料采购方面，因为建造新矿山可能需要长达 10 年的时间。

但另一方面，回收设施的建设更快。一些人指出，使用回收材料是电池和汽车制造商获得税收抵免的可行途径。

全球其他国家的政府也正在考虑立法来加速电池回收。在欧洲，最近提出的法案包括要求电池制造商在电池寿命到头时对其负责。欧盟还考虑要求新电池必须含有一定比例的回收材料。

不过，用于回收的电池可能会出现暂时性短缺。未来几十年可能出现的旧电动汽车电池浪潮目前尚未出现，因为只有少数电动汽车到了退役的时间。

目前红木材料公司收到的材料大约有 50% 无法使用。这些材料包括无法通过质检的电池，还有一些有用的部分已经被剥掉的金属残片。每天都有两辆半挂卡车抵达工厂，装满了来自特斯拉/松下超级工厂的废料。

红木材料还做出了斯特劳贝尔所称的“务实”选择，在其产品中加入一部分开采出来的金属。其第一批阴极活性材料中的镍和锂将只有大约 30% 来自废料回收，其余的将来自传统的开采。

斯特劳贝尔说，我们的目标是在“电池海啸”到来时做好准备，这意味着现在就开始优化回收过程。

面前的路

在更大的园区继续施工时，我参观了红木材料的总部，里面的科学家仍在试验湿法冶金工艺。

自 20 世纪 90 年代末以来，研究人员一直致力于利用化学物质从锂离子电池材料中回收金属。中国的公司行动最快，在政府的支持下建立了一个广泛的回收中心网络。

但是设计一个能够回收电池中所有最昂贵金属的系统并不容易。事实证明，锂尤其困难。斯特劳贝尔表示，在该公司最关注的四种金属中，钴、铜和镍的回收率可以接近 100%，可对于锂来说，这个数字约为 80%。将技术从实验室转移到现实世界也会让事情变得更加复杂。

红木材料的湿法冶金学主管玛丽·卢·林德斯特伦（Mary Lou Lindstrom）带我参观了该公司的试点实验室。那里就像一座酿酒厂，宽敞的房间里分布着许多不锈钢设备，研究人员聚在一个电脑和一个大金属罐旁边。

（来源：REDWOOD MATERIALS）

林德斯特伦解释说，他们正在努力生产第一批商用铜箔的原料。但是，有一个技术问题仍然阻碍了斯特劳贝尔对闭环电池生态系统的愿景。

到目前为止，红木材料用来制造铝箔的铜来自工业废铜，而不是电池，因为工业废铜废料是一种更容易掌控的材料。但是，该公司希望在铜箔中使用一些电池回收材料，最终交付给松下并用在新电池上。

这一转变说明了电池回收商未来面临的一个主要潜在挑战：他们需要在创造可预测的、高质量的产品的同时，处理不可预测的输入。如果电池回收商开始争夺材料，这一挑战将会被放大，因为初创公司可能不得不先接受不太理想的材料才能生存下去。

目前，红木材料可以用制造废料和开采的矿物来补充其工艺，这使得它的生产相对容易。但随着旧电池数量的增加和矿物开采的供应逐渐枯竭，回收商面临的挑战将会越来越大。

斯特劳贝尔说：“许多可持续性问题的解决方案是将它们统统电气化，并增加一块电池。我职业生涯的大部分时间都在支持这一点，并帮助加速这一进程。”

“与此同时，”他说，“这需要海量的电池，数量惊人。”

电动汽车和其他电气化交通工具，正在成为切实可行的选项。在许多地方，拥有和驾驶电动汽车已经比传统汽车更便宜。这对气候来说是个好消息：在大多数情况下，电动汽车在其使用寿命中产生的温室气体排放量将少于依赖内燃机的传统汽车。

实用、经济的电池回收，是实现电动汽车承诺的关键。虽然二手电池的浪潮尚未出现，但回收行业正在为即将到来的事情做准备，因为执行这一新愿景将需要几十年的稳定进步和创新。一个装满废弃电池的停车场只是一个开始。

支持：Ren

原文：

https://www.technologyreview.com/2023/01/17/1065026/evs-recycling-batteries-10-breakthrough-technologies-2023/