來(lái)源：鈦媒體

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日期：2024-07-05

▎動(dòng)力電池回收產(chǎn)線上，人工智能和機(jī)器人正在成為產(chǎn)業(yè)工人最可靠的“同事”。

鈦媒體注：全球汽車工業(yè)和能源行業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)變革。

技術(shù)無(wú)疑是這場(chǎng)變革最重要的推動(dòng)力量之一，而技術(shù)進(jìn)步的動(dòng)力，則來(lái)自于那些不懈追求與探索的人們。

鈦媒體APP 推出「產(chǎn)業(yè)觀察」系列紀(jì)錄片，第一個(gè)系列「動(dòng)力中國(guó)」將用“科普+故事”的方式，以技術(shù)變革為切入，聚焦中國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈，挖掘產(chǎn)業(yè)鏈背后的“動(dòng)力之源”。

我們希望通過(guò)對(duì)“鹽湖提鋰、動(dòng)力電池的制造和應(yīng)用、動(dòng)力電池回收”等關(guān)鍵環(huán)節(jié)上重要企業(yè)的深度探訪，結(jié)合核心生產(chǎn)和研發(fā)人員的一手講述，來(lái)描繪一幅幅這樣的場(chǎng)景：

在鹽湖之濱，人們對(duì)自然懷抱的已不再是“征服”的渴望，而是與自然“共舞”的感恩；

……

在報(bào)廢電池回收產(chǎn)線上，人工智能和機(jī)器人正在成為產(chǎn)業(yè)工人最可靠的“同事”……

每一粒鹽晶都蘊(yùn)藏著無(wú)盡的能量，每一塊電池都記錄著時(shí)代的脈搏。身處這條復(fù)雜產(chǎn)業(yè)鏈中不同環(huán)節(jié)的人，不僅是這場(chǎng)變革的見證者，更是這場(chǎng)變革的引領(lǐng)者和塑造者。

讓我們一起走進(jìn)這場(chǎng)敘事，走近這些引領(lǐng)者和塑造者們。

2014年到2023年，中國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量連續(xù)10年全球第一，分別從7.85萬(wàn)輛和7.48萬(wàn)輛增長(zhǎng)至959萬(wàn)輛和950萬(wàn)輛，增長(zhǎng)超過(guò)120倍。

截至2023年，中國(guó)動(dòng)力電池裝車量在全球占比已超60%。

按照動(dòng)力電池5～8年的使用壽命來(lái)計(jì)算，中國(guó)動(dòng)力電池退役高峰即將到來(lái)，這將給全社會(huì)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。

如果處置不當(dāng)，電池中的鋰、鎳、鈷、錳等重金屬將會(huì)滲入土壤和水源污染環(huán)境，并通過(guò)食物鏈危害人體健康；電解液中的六氟磷酸鋰等有害物質(zhì)在空氣中容易水解產(chǎn)生氟化氫等有毒氣體；電池外殼和隔膜，都可能成為白色污染源。

但從資源利用的角度來(lái)看，鋰、鎳、鈷等均為稀缺資源，可以說(shuō)動(dòng)力電池是不折不扣的“城市礦山”。

USGS（美國(guó)地質(zhì)勘探局）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)鈷資源儲(chǔ)量?jī)H為全球1.13%，鎳資源儲(chǔ)量?jī)H為3.0%，鋰礦資源儲(chǔ)量?jī)H為7.1%，但中國(guó)對(duì)鈷、鋰、鎳的使用數(shù)量均超過(guò)全球使用量的50%以上。

鋰、鎳、鈷的城市礦山循環(huán)利用之路是中國(guó)新能源行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要路徑。

「鈦媒體APP產(chǎn)業(yè)觀察紀(jì)錄片」第一季「動(dòng)力中國(guó)」第二集，我們來(lái)到格林美股份有限公司的動(dòng)力電池回收產(chǎn)線，來(lái)看看動(dòng)力電池如何在這里延續(xù)生命周期、重獲新生。

人工精細(xì)拆解：

一個(gè)電池包要拆300多個(gè)螺絲

動(dòng)力電池容量衰減到80％之后，就要進(jìn)行回收處理。

回收方式包括梯次利用和資源再生：梯次利用是指將廢舊電池包拆解、檢測(cè)后，再將電芯重新組合并投入降級(jí)使用；資源再生是指通過(guò)拆解、破碎和冶煉，回收電池中的鋰、鎳、鈷等金屬資源。

工人正在拆解動(dòng)力電池包

拆解電池包，是動(dòng)力電池回收的第一步。

格林美武漢城市礦山低碳產(chǎn)業(yè)園的退役動(dòng)力電池包人工拆解線上，工人們正在拆解一批從新能源出廠測(cè)試車輛上退役下來(lái)的動(dòng)力電池包。

這批電池包每個(gè)重400公斤、由10個(gè)模組組成，每個(gè)電池包上都遍布了300多顆螺絲。因?yàn)橐獙?duì)所有電子元器件進(jìn)行再利用，所以工人們要對(duì)電池包進(jìn)行精細(xì)拆解。

“螺絲太多，線束太復(fù)雜，平均算下來(lái)，一名工人一天只能拆解2到3個(gè)電池包。”格林中央研究院武漢綠色產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)宋華偉對(duì)鈦媒體APP介紹。

一批退役動(dòng)力電池包

市場(chǎng)上不同品牌和型號(hào)的動(dòng)力電池包結(jié)構(gòu)各異，每款新的電池包到來(lái)，拆解工人都要針對(duì)性地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

“手工拆解是行業(yè)目前的主流拆解方式，效率不高，而且很辛苦。”宋華偉對(duì)鈦媒體APP介紹，“拆解線上的產(chǎn)業(yè)工人以60、70后為主，80后90后都在減少，00后就基本沒(méi)有了，將來(lái)的用工也會(huì)是一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題。”

人工拆解工作站

為了應(yīng)對(duì)動(dòng)力電池退役高峰的到來(lái)，格林美在幾年前就開始布局智能化拆解裝備的研發(fā)，希望能讓“機(jī)器人”和“人工智能”去替代產(chǎn)線上那些工作相對(duì)繁重的崗位。

柔性智能拆解系統(tǒng)：

機(jī)器人來(lái)打螺絲、搬電池

在格林美綠色產(chǎn)業(yè)武漢創(chuàng)新研究院數(shù)字化技術(shù)與裝備研究實(shí)驗(yàn)室，宋華偉帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)打造的“退役動(dòng)力電池柔性智能拆解系統(tǒng)”已經(jīng)成型。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)室由“數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)臺(tái)”、“多機(jī)器人協(xié)同拆解實(shí)驗(yàn)臺(tái)”和“模組搬運(yùn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)”三大模塊組成。

通過(guò)人工智能、機(jī)器視覺(jué)等技術(shù)對(duì)大量電池包、電池模組、螺絲等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、標(biāo)定和訓(xùn)練，技術(shù)團(tuán)隊(duì)想要訓(xùn)練出一個(gè)能兼容不同品牌和型號(hào)電池包的柔性智能拆解模型，從而讓機(jī)器人自我學(xué)習(xí)、自我決策，完成拆螺絲、拆模組、搬模組等一系列工作。

“未來(lái)不同的電池包來(lái)到拆解產(chǎn)線，機(jī)器人就可以直接從后端數(shù)據(jù)庫(kù)里面去調(diào)用對(duì)應(yīng)的拆解工藝來(lái)拆解，不用再像人工拆解一樣，花時(shí)間進(jìn)行培訓(xùn)。”宋華偉對(duì)鈦媒體APP介紹。

技術(shù)人員在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

在數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)臺(tái)，技術(shù)人員通過(guò)全局和局部相機(jī)采集電池包的輪廓、螺栓等數(shù)據(jù)后，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定和訓(xùn)練，從而建立起電池包的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和拆解模型。

“我們建立了底層數(shù)據(jù)庫(kù)，比如市面上主流電池包上出現(xiàn)的螺絲，我們基本上都采集到了。”宋華偉對(duì)鈦媒體APP介紹，廢舊電池包工況各異，上面的螺絲也會(huì)呈現(xiàn)出不同狀況，比如生銹、傾斜、扭曲等等，所以一種型號(hào)的螺絲“至少要采集1萬(wàn)張以上的圖片。”

機(jī)器人正在進(jìn)行拆解訓(xùn)練

在“多機(jī)器人協(xié)同拆解實(shí)驗(yàn)臺(tái)”上，兩個(gè)機(jī)械臂正在“打螺絲”——協(xié)同拆解一個(gè)電池包的上蓋。

機(jī)械臂背后有一套柔順控制系統(tǒng)，通過(guò)多重視覺(jué)識(shí)別，它可以根據(jù)電池包上螺絲的不同角度和姿態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)自己“觸手”——也就是末端執(zhí)行器的作業(yè)角度和力度來(lái)拆解螺絲。

機(jī)器人正在進(jìn)行模組搬運(yùn)訓(xùn)練

電池包的上蓋拆開后，工人處理完線束，機(jī)械臂將繼續(xù)介入，來(lái)完成電池包內(nèi)的模組搬運(yùn)。

在“模組搬運(yùn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)”上，一臺(tái)機(jī)械臂正在進(jìn)行模組夾取實(shí)驗(yàn)。“它主要解決的是模組的無(wú)序抓取與搬運(yùn)。”宋華偉對(duì)鈦媒體APP介紹，“一個(gè)模組有幾十公斤，人工搬的話勞動(dòng)強(qiáng)度很大。”

機(jī)器人正在進(jìn)行模組搬運(yùn)訓(xùn)練

宋華偉介紹，截至2023年，格林美第一代年產(chǎn)5萬(wàn)套電池包柔性智能拆解系統(tǒng)能夠兼容的電池規(guī)格已經(jīng)超過(guò)50種，整包拆解效率超過(guò)每小時(shí)13件，主要部件無(wú)損拆解良品率超過(guò)98%，拆解成本較現(xiàn)有國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主流工藝下降了20%。

進(jìn)一步來(lái)看，這套“柔性智能拆解系統(tǒng)”所累積和訓(xùn)練的數(shù)據(jù)，則更加具有現(xiàn)實(shí)意義。在宋華偉達(dá)的設(shè)想中，“任何一家回收企業(yè)如果需要開發(fā)智能拆解裝備，我們都可以去貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)，為整個(gè)行業(yè)服務(wù)。”

梯次利用智能分容：

比傳統(tǒng)分容法效率提高500%

工人們正在組裝一批給工程車輛準(zhǔn)備的梯次利用電池

模組拆解成單個(gè)電芯后，容量高于20%的電芯就要進(jìn)入梯次利用。在梯次利用之前，最重要的環(huán)節(jié)就是分容，也就是通過(guò)檢測(cè)確認(rèn)電芯級(jí)別，再將同級(jí)別的電芯進(jìn)行組合，以確保梯次電池包保持一致性和安全性。

工人在傳統(tǒng)的人工分容柜上作業(yè)

傳統(tǒng)的分容方式，一般先通過(guò)充放電得到單個(gè)電芯容量，再用儀器測(cè)試電芯的電壓、內(nèi)阻，最后結(jié)合測(cè)量結(jié)果判斷電芯的分檔級(jí)別。

退役電池智能分選系統(tǒng)

“這樣大概1個(gè)小時(shí)只能分選出30個(gè)電芯。”宋華偉對(duì)鈦媒體APP介紹，他和團(tuán)隊(duì)正在試驗(yàn)的智能分選裝置，可以做到每小時(shí)分選180個(gè)電芯，效率提高了5倍。

上料工位上，四軸機(jī)器人在夾取電芯

這套分選裝置由“機(jī)器人上料”、“檢測(cè)”、“機(jī)器人分檔下料”三個(gè)模塊組成。

宋華偉介紹，“檢測(cè)”模塊中的“容量預(yù)測(cè)系統(tǒng)”是這套裝置的核心，這個(gè)系統(tǒng)能依托技術(shù)團(tuán)隊(duì)采集訓(xùn)練的電芯特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)和模型，快速確認(rèn)電芯級(jí)別。

對(duì)電芯進(jìn)行容量等參數(shù)的測(cè)試

據(jù)介紹，截至2023年，這套智能分選裝置兼容的電芯種類或規(guī)格已超過(guò)24種，無(wú)損檢測(cè)精度達(dá)超過(guò)98%，分選指標(biāo)超過(guò)5種，分選檔位超過(guò)10檔。

稀有金屬提煉：

1噸報(bào)廢電池相當(dāng)于20-30噸原礦

格林美荊門園區(qū)的破碎產(chǎn)線

與梯次利用不同，那些完全報(bào)廢、失去梯次價(jià)值的電池，將會(huì)在格林美的荊門園區(qū)破碎打粉，進(jìn)行資源化再生回收處理。

在密封的破碎產(chǎn)線上，報(bào)廢電池經(jīng)過(guò)放電、風(fēng)干、拆解、破碎、尾氣處理、電解液收集等工序，被徹底分解為隔膜、銅粉、鋁粉和黑粉等，其中黑粉是關(guān)鍵，它會(huì)進(jìn)入下一步濕法提取工藝去提取鋰、鎳、鈷等稀有金屬。

格林美荊門園區(qū)的破碎產(chǎn)線上，工人在檢查一批即將進(jìn)入破碎系統(tǒng)的報(bào)廢動(dòng)力電池

在這套破碎的工藝流程中，放電階段的電解質(zhì)的研究、預(yù)處理段的破碎分選、熱解段的加熱效率、尾料處理等，都是工藝難點(diǎn)。

以破碎分選為例，不同型號(hào)的電芯同時(shí)進(jìn)入破碎系統(tǒng)，需要系統(tǒng)有較高的兼容性，才能提高分選精度，這背后需要一套高泛化性的破碎模型。

破碎產(chǎn)線核心控制室

“在混合上料的時(shí)候，物料里面有各種金屬、塑料、PE薄膜等力學(xué)性能不同的物質(zhì)，它們會(huì)對(duì)破碎功率和參數(shù)造成影響。” 宋華偉對(duì)鈦媒體APP介紹，技術(shù)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的智能破碎系統(tǒng)，依托背后的智能破碎模型，可以針對(duì)不同的破碎物料調(diào)整設(shè)備參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)“高效破碎”。

格林美股份有限公司集團(tuán)副總經(jīng)理、武漢動(dòng)力電池再生技術(shù)有限公司董事長(zhǎng)張宇平對(duì)鈦媒體APP介紹，回收1噸退役電池可以產(chǎn)生400～500公斤黑粉，黑粉進(jìn)而能提取200～300公斤鋰、鎳、鈷，而如果從原礦中去開采這200～300公斤金屬資源，可能需要開采20～30噸原礦。

動(dòng)力電池回收后得到的黑粉，以及黑粉提煉后得到的金屬

“回收利用既可以緩解整個(gè)新能源產(chǎn)業(yè)對(duì)關(guān)鍵金屬資源需求，也可以讓行業(yè)更好地?cái)[脫對(duì)原生礦產(chǎn)甚至對(duì)進(jìn)口資源的依賴作用。”張宇平給出了一個(gè)測(cè)算數(shù)據(jù)，到2030年，如果能將中國(guó)所有退役動(dòng)力電池的金屬合理回收，就可以滿足當(dāng)年動(dòng)力電池制造所需金屬量的50%甚至更高比例。

破碎產(chǎn)線

格林美在2023年年報(bào)中透露，2023年格林美回收拆解動(dòng)力電池27454噸（3.05GWh），占中國(guó)退役動(dòng)力電池總量10%以上；2023年碳酸鋰鋰回收產(chǎn)能擴(kuò)容達(dá)10000 噸/年，鋰回收率超95%；2023年回收使用鎳資源超2萬(wàn)噸，占中國(guó)原鎳開采數(shù)量的20%以上；回收使用鈷資源超8000噸，占中國(guó)原生鈷開采數(shù)量的350%以上。

在上述財(cái)報(bào)中，格林美還預(yù)測(cè)，到2030年該公司動(dòng)力電池回收規(guī)模超過(guò)50萬(wàn)噸，動(dòng)力電池回收業(yè)務(wù)銷售規(guī)模超過(guò)100億元。

拆電池的博士后：

做機(jī)械是小時(shí)候埋下的種子

宋華偉是湖北洪湖人，出生于1987年。從本科到博士后，他一直在從事機(jī)械方面的學(xué)習(xí)和研究

博士階段，他在華中科技大學(xué)“數(shù)字化制造與技術(shù)裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”從事超精密加工與智能裝備研發(fā)；2019年博士畢業(yè)，宋華偉加入格林美博士后工作站，進(jìn)行退役動(dòng)力電池智能裝備的研發(fā)。

宋華偉對(duì)鈦媒體APP表示，回收行業(yè)有很多非標(biāo)化的應(yīng)用場(chǎng)景，很適合智能制造技術(shù)落地，因?yàn)橹悄苤圃旒夹g(shù)的核心是數(shù)據(jù)和場(chǎng)景。

格林美的退役動(dòng)力電池倉(cāng)庫(kù)

宋華偉回憶，他的父親年輕時(shí)是石化工廠的一名機(jī)械操作工，小時(shí)候他經(jīng)常跟著父親到工廠參觀，父親也會(huì)經(jīng)常跟他講解各類機(jī)械制造工藝，這樣的耳濡目染讓他從小就對(duì)機(jī)械裝備建立了濃厚的興趣。

“從小我就知道車、銑、刨、磨、焊這些，看到制造過(guò)程，我覺(jué)得非常神奇。”但當(dāng)宋華偉報(bào)考大學(xué)時(shí)，父親建議他不要學(xué)機(jī)械，應(yīng)該去學(xué)計(jì)算機(jī)，“找一份坐辦公室的工作”，因?yàn)闄C(jī)械行業(yè)“下車間太辛苦”。

宋華偉沒(méi)有聽從這個(gè)建議，而是選擇了自己感興趣的機(jī)械專業(yè)，“小時(shí)候我的夢(mèng)想就是搞機(jī)械，做裝備。”

從事回收行業(yè)后，宋華偉經(jīng)常跟父親分享自己的研發(fā)工作：“父親也認(rèn)為回收行業(yè)非常有前景，所以他對(duì)我現(xiàn)在從事的工作也非常滿意。”

“我告訴他，我們給機(jī)器賦予了靈魂，機(jī)器能夠自主學(xué)習(xí)、自主決策，他剛開始聽說(shuō)，也感到非常詫異，機(jī)器竟然能像人一樣去思考，雖然他不懂具體的技術(shù)，但他也是一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械人，解釋一下的話，他就很快理解了。”

武漢，格林美廠區(qū)內(nèi)部，由報(bào)廢汽車零件建成的機(jī)器人裝置

隨著新能源汽車動(dòng)力電池報(bào)廢高峰期的到來(lái)，宋華偉希望和團(tuán)隊(duì)一起，用新技術(shù)來(lái)增加廢物處理量，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保做出自己的貢獻(xiàn)。