电池回收的未来：锂离子电池湿法冶金技术专利分析

自 20 世纪 90 年代索尼将锂离子电池 (LIB) 商业化以来，它已成为能源存储领域的核心技术。

锂离子电池由六个主要部件组成，在回收过程中必须全部回收（见图 1）。阳极和阴极是电化学活性材料，而隔膜则将两个电极电隔离。

自 1991 年索尼推出第一款 LCO 电池以来，电池专家已定义了几代不断更新的技术：

• 第一代（2010 年之前） ：LCO 阴极 - 石墨阳极。
• 第二代（2010-2020） ：NCA/NMC 111 阴极 - 石墨阳极。
• 第三代（2020 年-） ：低钴阴极（NMC622-NMC811）——富含硅的阳极。
• 第四代（2030年？） ：全固体锂金属电池——无钴氧化物。

回收废旧电池不仅旨在减少对环境的影响，而且还注重从电子垃圾中回收有价值的部件。

到 2040 年，预计回收可以提供欧盟电池生产所需的 51% 的钴、42% 的镍和 23% 的锰。不过，预计只有 9% 的锂来自二次来源。

为了应对锂离子电池产量的增加和废旧电池管理的挑战，已经开发出多种回收技术。

三种主要方法是火法冶金、湿法冶金和直接回收：

湿法冶金技术在回收锂离子电池时使用酸性溶液提取锂、钴和镍等贵重金属。该工艺包括研磨废旧电池，并用酸（例如 H₂SO₄ 或 HCl）和还原剂溶解金属，与热法相比，湿法冶金技术可实现高纯度回收和更好的选择性。

在创新方面，我们致力于开发“Hydro 4.0”，这一概念旨在通过整合数据分析和机器学习等先进技术，使流程更加环保和自动化。

• 创新

公司和研究机构正在投资专利湿法冶金回收技术，该技术能够处理各种电池化学物质（LFP、NMC、LCO等），从而确保工艺的灵活性。

• 1. 电渗析集成： 马拉加大学的研究人员提出在湿法冶金回收过程中使用电渗析。这种方法旨在改善废旧电池中贵重金属的分离和回收。它符合循环经济逻辑，通过优化资源回收同时减少环境影响。然而，挑战仍然存在，特别是在能源消耗和系统优化方面。
• 2. 选择性浸出技术：选择性浸出的创新旨在最大限度地提取金属，同时减少试剂的使用和废物的产生。这些工艺以高效的方式针对关键金属，并力求使回收既经济可行又可持续。挑战在于通过优化所用的化学品和反应条件来协调经济效益与减少环境影响。
• 3. 通过可生物降解酸浸出进行湿法冶金回收：这项创新采用混合浸出系统，使用可生物降解的酸（包括抗坏血酸和柠檬酸）从废旧电池中提取金属。由 Fatima 等人 (2024) 提出，通过使用无毒且环保的试剂。
  

这三种回收技术在可持续管理锂离子电池方面都发挥着至关重要的作用。火法冶金适用于大规模加工，但生态足迹较大。直接回收可以进一步减少对环境的影响，尤其是在电池标准化程度提高的情况下。随着电池需求的不断增长，未来的混合工艺以及更严格的法规可能会推动创新并支持循环经济。湿法冶金提供了一种平衡的方法，具有更好的效率和可持续性，使其成为电动汽车电池最有前途的方法，尽管它需要谨慎的化学废物管理。这就是为什么以下专利态势分析重点关注这项技术的原因。

专利态势分析提供了有关创新的宝贵见解，包括帮助我们预测技术的未来。在本部分中，我们将分享我们对湿法冶金锂离子电池回收创新的专利态势分析可以告诉我们有关该技术的下一代技术的信息，包括该创新解决方案背后的主要行业参与者和主要研发 (R&D) 市场。

为了了解该技术的创新和研发活动，我们使用专有的知识产权情报软件进行了宏观搜索。通过分析利用我们的IP咨询服务专业知识收集的专利，我们能够对该领域的研究进展和投资形成引人入胜的全球洞察。

总体而言，该数据库包含过去 20 年提交的 2,958 个专利家族。专利申请动态显示，从 2004 年到 2024 年，与湿法冶金锂离子电池回收相关的专利活动显着增加，从 2017 年开始急剧增加。

早些年专利申请数量相对较低，但从 2017 年开始出现了大幅增长。到 2020 年，已授权专利数量达到峰值 190 项，较 2017 年的 78 项增长了 144%。同样，待批专利数量也从 2017 年的 4 项大幅增加到 2021 年的 127 项，呈现出指数级增长（如下图所示）。

这一增长是由电动汽车、消费电子产品和能源存储需求的不断增长所推动的，同时还强调可持续回收以管理电池废物并回收主要材料（主要是锂、钴和镍）以实现绿色转型。

我们的专利态势分析揭示了锂离子电池湿法冶金回收领域的关键参与者。

• 住友金属矿业株式会社是日本领先的矿业和冶炼公司，拥有 79 项已获授权专利和 21 项正在申请的专利，反映出该领域强大的知识产权组合。该公司在锂离子电池湿法冶金回收方面取得了重大进展，专注于采用环保工艺高效回收锂、钴和镍等贵重金属。其 包括增强溶剂萃取方法在内的创新旨在提高金属回收效率，同时最大限度地减少环境影响，促进电池回收的可持续方法。
• 湖南邦普回收科技和广东邦普回收科技均为中国领先的电池制造商 CATL（当代新能源科技股份有限公司）的子公司，专门从事锂离子电池的回收。湖南邦普专注于废旧电池的拆解和湿法冶金处理，而广东邦普则专注于回收关键金属。这两家公司分别拥有 45 项和 44 项已获授权的专利以及 47 项正在申请的专利，它们正在推进回收技术，并加强中国在锂离子电池循环经济中发挥领导作用的承诺。过期专利数量有限表明，他们的创新仍然具有高度相关性，并处于快速发展的电池回收行业的最前沿。
• 中南大学和中国科学院过程工程研究所是领先的学术机构，做出了重大贡献，共获得 35 项专利，中南大学有 31 项正在申请的专利，过程工程研究所有 25 项已获得专利。他们的贡献凸显了研究机构在创新可持续回收技术方面的重要性，尤其是在中国。
• 巴斯夫是世界上最大的化学公司之一，拥有 27 项正在申请的专利和 7 项已获授权的专利，是欧洲重要的参与者。巴斯夫与依维柯集团和Stena Recycling等行业领导者合作，推进电动汽车电池回收流程，优先考虑资源效率和可持续性。同时，其与Nanotech Energy 的北美合作伙伴关系致力于通过生产包含再生材料的锂离子电池来减少二氧化碳排放。通过与学术机构的持续合作，巴斯夫继续推动电池材料的创新，加强其对可持续储能解决方案的承诺。
• JX Nippon Mining & Metals （已获 58 项专利、4 项待批专利和 11 项已过期专利）及其专注于回收的子公司JX Metals Circular Solutions （已获 27 项专利）展示了日本在锂离子电池先进金属回收和再循环方面的技术领先地位。这些创新与拥有 10 项已获专利的三菱材料合作，为电子和汽车废弃物提供闭环回收解决方案，旨在确保再生材料的稳定供应，同时支持日本对循环经济和电池和电子行业全球脱碳目标的承诺。
• 法国原子能和替代能源委员会 (CEA)拥有 14 项已获授权专利和 4 项待批专利。这一重点与其作为法国公共研究组织的使命相一致，即推进可持续技术并为法国的循环经济目标做出贡献。对于锂离子电池，CEA 强调锂、钴、锰和镍的处理和回收。

优先国家申请最常发生在进行研发（R&D）的国家，因此，查看这些数据就能让我们知道哪些国家最具创新力，哪些国家寻求保护自己的发明。

锂离子电池湿法冶金技术回收利用专利的地理分布表明，大部分活动集中在中国。

• 中国 (CN)多年来专利申请数量显著增加，特别是从 2016 年开始，尽管这一年可能不完整，但 2023 年已达到 473 个专利家族的峰值。这一趋势凸显了中国对锂离子电池回收的高度重视，这得益于其广泛的电池生产和消费。专利申请数量如此之多，反映了中国在全球电池供应链中的主导地位及其对回收技术的日益重视。
  
• 日本 (JP) 的专利申请量稳步增长，在 2018 年至 2021 年期间达到顶峰。这一趋势反映了日本在国内供应有限的情况下，专注于通过回收来确保锂和钴等资源的安全。日本致力于回收技术创新，这与其资源安全和环境可持续性的战略目标相一致。
  
• 世界组织 (WO)专利申请呈逐步增长趋势，在 2020-2023 年左右达到峰值。这一趋势表明国际社会对该领域的兴趣日益浓厚，创新也日趋活跃。
  
• 美国 (US)、韩国 (KR) 和欧洲 (EP)的专利申请量呈现温和但稳定的增长，凸显了它们在全球电池回收行业中的作用。美国和韩国的专利申请量稳定，在 2020-2022 年左右达到峰值。热图显示，自 2010 年以来，专利申请量呈上升趋势，2018-2022 年期间增长迅速，这得益于电动汽车、电子产品和可再生能源对 LIB 的需求不断增长，以及对可持续处置解决方案的需求。

• 中国以超过 1,800 个专利家族遥遥领先，其中 712 个已获得授权，730 个正在申请中，展示了该国在该领域的主导地位和承诺。
  
  这与中国推动可持续发展的目标相一致，2023 年电动汽车产量为 930 万辆（占全球产量的 65%），销量为 840 万辆，占全球销量的 59%，其中约 90% 的销量来自国内市场（来源）。电动汽车生产和消费规模使中国成为锂离子电池回收的主要市场，推动了环保高效的金属回收方法的进步。
  
• 日本表现出强劲的活力，已获得 240 项专利和 92 项待批申请。日本对锂离子电池回收创新的承诺显而易见，表明其在可持续电池管理方面取得了一系列进展。
  
• 美国采取了积极主动的做法，拥有 59 项已获授权专利和 117 项正在申请的专利，其工作重点是完善回收工艺，探索新方法，如用于金属提取的深共晶溶剂，以及开发可扩展的解决方案以解决日益增长的电池废弃物问题。Aqua Metals 的专利AquaRefining™ 工艺就是这样一项创新，该工艺最初应用于铅回收，现在正扩展到锂离子电池处理。这种方法利用常温水，减少了污染物排放，并能够高效回收金属。然而，尽管具有环保效益，但这项专利保护技术的大规模商业化仍然是一个挑战。
  
• 韩国的专利活动相当活跃，已获授权专利 124 项，待批专利 57 项，反映出韩国对资源回收和绿色技术的战略重点。政府支持的研发和产学研合作旨在提高回收效率并减少对进口原材料的依赖。
  
• 欧洲 (EP)拥有 14 项已获授权专利和 56 项待批专利，表明电池回收湿法冶金技术的专利活动显著增加。这一趋势与欧盟推广可持续技术和减少电子垃圾的政策相一致，使湿法冶金回收成为整个欧洲出于环境和经济原因的优先事项。
  
• 印度等其他国家的专利数量较少，可能表明该领域正在兴起或面临更多小众兴趣。

电池回收湿法冶金技术为锂离子电池的可持续管理提供了一条有希望的前进道路。通过使用化学工艺回收锂、钴和镍等贵重金属，这种方法可以有效回收高纯度材料，这对于满足电动汽车、消费电子产品和可再生能源存储系统日益增长的需求至关重要。

与湿法冶金回收相关的专利活动激增，凸显了全球对开发创新且具有成本效益的解决方案的日益关注。中国和日本等国家正处于领先地位，其雄心勃勃的法规和战略目标旨在通过回收获得基本原材料。主要行业参与者和研究机构正在积极探索新技术，例如选择性浸出和先进技术的集成，以提高效率并减少对环境的影响。

最近的趋势还表明，业界对产学研合作的兴趣日益浓厚，强调了持续创新对于解决电池废弃物问题的重要性。随着自动化和环保工艺的进步，电池回收的前景一片光明。随着全球监管框架的加强，支持循环经济原则，湿法冶金回收很可能在减少我们对采矿的依赖和创造更可持续的能源格局方面发挥关键作用。

专利态势分析可以提供有关研究和创新趋势和市场的宝贵见解，我们希望这项关于湿法冶金 LIB 回收的分析能够为您提供帮助。如需了解该领域专利活动的更多详细信息或有关任何其他主题的具体建议或支持，请联系 Questel IP咨询团队。