Viện Niken: Tiến bộ và thách thức trong tái chế pin lithium-ion tại Nhật Bản [Hội nghị thượng đỉnh năng lượng mới]

Tại Diễn đàn Tái chế Pin Lithium thuộc Triển lãm Công nghiệp Năng lượng Mới (10) 2025 do Công ty Công nghệ và Thông tin SMM (SMM) tổ chức, ông Kenji Takeda, Đại diện trưởng Văn phòng Viện Niken Nhật Bản, đã chia sẻ những hiểu biết về chủ đề “Tiến bộ và Thách thức trong Tái chế Pin Lithium-ion tại Nhật Bản”. Ông lưu ý rằng mặc dù việc áp dụng xe điện có thể đang chậm lại, nhưng pin lithium-ion vẫn sẽ là dòng chính trong thời điểm hiện tại. Vật liệu cực dương đang không ngừng phát triển. Niken và coban từng là những vật liệu chính, nhưng hiện nay LFP đang được sử dụng trong xe điện. Hãy theo dõi những thay đổi trong tương lai. Các công ty đang cải thiện công nghệ tái sử dụng và tái chế pin xe điện, nhưng có thể sẽ mất một thời gian trước khi những công nghệ này được áp dụng thực tế. Pin xe điện trong tương lai có thể sẽ sử dụng những vật liệu rẻ hơn, an toàn hơn và có nguy cơ tài nguyên thấp hơn, do đó các doanh nghiệp tái sử dụng và tái chế cần xem xét điều này (vật liệu chính có thể thay đổi).

Ứng dụng Pin Lithium-ion
Ứng dụng chính chuyển sang xe điện:
Trước năm 2010, pin lithium-ion đã được Sony thương mại hóa vào năm 1991, chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị nhỏ như điện thoại thông minh, máy tính cá nhân và các thiết bị di động, với một lượng nhỏ được sử dụng trong ô tô dưới dạng pin lai.
Sau năm 2020, ngoài các thiết bị nhỏ, xe điện đã trở thành dòng chính tuyệt đối. Sản lượng và mức sử dụng sẽ tăng lên đáng kể, với xu hướng vật liệu cực dương chuyển từ ba nguyên tố sang LFP. Ngoài xe điện, nhu cầu lưu trữ năng lượng tái tạo (hệ thống điện) cũng sẽ tăng lên.

Xu hướng bán hàng xe điện:
Trợ cấp đã thúc đẩy sự tăng trưởng nhanh chóng của xe điện, với doanh số bán xe điện thuần túy gần 10 triệu chiếc vào năm 2023. Năm 2024, tốc độ tăng trưởng đã chậm lại.
Xu hướng tăng sản lượng dự kiến sẽ tiếp tục trong một thời gian. Mặc dù sản lượng pin đang tăng lên đáng kể, nhưng các vấn đề về tài nguyên đang bắt đầu thu hút sự chú ý.

Động thái của các nhà sản xuất ô tô Nhật Bản:
Toyota đã dự đoán doanh số 1,5 triệu chiếc vào năm 2026 nhưng đã điều chỉnh xuống còn khoảng 1 triệu chiếc vào tháng 9 năm 2024. Tuy nhiên, công ty vẫn chưa thay đổi dự báo đạt 3,5 triệu chiếc vào năm 2030.
Honda đã đặt mục tiêu chuyển đổi toàn bộ doanh số sang xe điện/pin nhiên liệu vào năm 2040. Lần này, họ đã giải thích con đường để đạt được mục tiêu này. Công ty dự kiến duy trì tổng doanh số ở mức khoảng 5 triệu chiếc và chuyển đổi 3 triệu chiếc còn lại sang xe lai vào năm 2030. Tính đến năm 2024, mục tiêu này vẫn không thay đổi.

Tài nguyên có thể tái chế trong pin điện
Khi tái chế, các bộ phận có giá trị thường là:
Pin niken-kim loại hydride; niken, đất hiếm, v.v.; pin lithium-ion ba nguyên tố (NMC, NCA); điện cực (đồng, nhôm); vật liệu cực dương (niken, mangan, coban); vật liệu cực âm (carbon?); lithium trong vật liệu cực dương và điện phân; pin LFP
Vật liệu cực dương (sắt, phốt pho)... liệu chúng vẫn có giá trị?; điện cực, vật liệu cực âm, lithium, v.v., cũng giống như trong pin ba nguyên tố.
Không phải tất cả các vật liệu đã qua sử dụng đều có thể tái chế (có giá trị).

Pin Lithium-ion trong Hệ thống Điện
Sử dụng hiệu quả năng lượng tái tạo (Đức đã mất 6,5 tỷ kWh vào năm 2020, Nhật Bản đã mất 800 triệu kWh vào năm 2022?)
California dự kiến sử dụng 100 GWh; 129 MWh của Úc sẽ mang lại doanh thu hàng năm 4,5 tỷ AUD.

Pin Lithium-ion trong Hệ thống Điện và Xu hướng Sử dụng
Đến năm 2030, công suất hàng năm dự kiến sẽ đạt hàng trăm GWh (tương đương với xe điện)
Công suất lớn, nhiều lựa chọn khi xem xét giá cả và khả năng bảo trì, bao gồm pin dòng oxy hóa khử, pin chì-axit, pin natri-lưu huỳnh, pin lithium-ion dựa trên LFP, pin niken-kẽm, pin natri-ion, pin xe điện đã qua sử dụng, v.v.;
Xem xét nguy cơ cháy và hạn chế đối với các vật liệu nguy hiểm, pin lithium-ion và pin natri-lưu huỳnh có thể sẽ tránh được trong các ứng dụng quy mô lớn...
Pin gia đình ở Nhật Bản vẫn còn đắt và chưa được phổ biến rộng rãi.

Thu gom và Tái sử dụng Pin Lithium-ion
Tái chế Pin Lithium-ion
Quy trình tái chế chung cho Pin Lithium-ion
Thu gom Pin Xe điện
Hệ thống tái chế cho pin chì-axit và pin nhỏ đã được thiết lập. Hệ thống tái chế cho pin lithium-ion cũng đã bắt đầu hoạt động. Nhưng nếu chúng được sử dụng làm pin cũ hoặc tái sử dụng thì sao?

“Tái sử dụng” Pin Xe điện
Tạo ra các mục đích tái sử dụng và tái chế mới cho pin đã qua sử dụng của xe điện “LEAF”;
Sáng kiến tiên phong này đã được đánh giá cao. Chúng tôi mong muốn thấy được nhiều thành tựu hơn của họ trong tương lai.

Hệ thống Lưu trữ Năng lượng của Toyota và JERA
Pin đã qua sử dụng được nối tiếp nhau, sử dụng dung lượng dư bằng cách bắt đầu sản xuất và chuyển mạch bỏ qua trong vài micro giây. Về nguyên tắc, một số lượng lớn pin có thể được nối với chi phí thấp.
Trừ khi điều này là quy mô lớn và công khai (bắt buộc), thì rất khó để duy trì giá trị tái sử dụng. Liệu các hệ thống này để sử dụng hiệu quả pin đã qua sử dụng có sẽ trở nên phổ biến hơn trong tương lai?

Vấn đề Tái sử dụng Pin thứ cấp
Pin xe điện có thể được tái sử dụng sau khoảng 15 năm (tuổi thọ trung bình của một chiếc xe gia đình là 14,7 năm).
Tuy nhiên, công nghệ pin đang không ngừng phát triển theo hướng mật độ năng lượng cao hơn và chi phí thấp hơn. Do đó, khi pin cũ được tái sử dụng sau hơn một thập kỷ, chúng có thể đã lỗi thời. Do đó, liệu chi phí tái sử dụng có thể được thu hồi và liệu những pin này có thực sự được sử dụng hay không là những câu hỏi đáng xem xét. Do đó, cần thiết lập các phương pháp pháp lý và quy định cho việc tái sử dụng pin cũ.

Tái chế Pin Lithium tại Nhật Bản
Tái chế Pin của Các Công ty Kim loại Không Sắt Nhật Bản
Các công ty kim loại không sắt và các công ty tái chế xử lý niken, coban, đồng, v.v., đang phát triển quy trình tái chế pin lithium-ion. Nhiều công ty đang sử dụng các khoản trợ cấp khác nhau do Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp cung cấp, và các công ty này đã thành lập các nhà máy thí điểm. Trong tương lai, liệu việc thu thập nguyên liệu thô (pin xe điện) có trở thành vấn đề?
Với sự phổ biến của xe điện, nhiều công ty khác đang tham gia vào quy trình tiền xử lý từ thu gom pin đến nghiền và tách, và con số này có thể sẽ tăng lên trong tương lai.

Tái chế Pin Xe điện: Ví dụ Tiền xử lý
① Tiền xử lý: Thu gom - Xả - Nung để đạt được tính vô hại, phần này rất khó, nó ảnh hưởng đến các quy trình tiếp theo.
Nung và phân loại bằng quy trình xi măng
Sử dụng và Tái chế Niken và Coban trong Tương lai
Xu hướng Sản lượng Niken Toàn cầu
Sự tăng trưởng sản lượng niken không nhanh bằng doanh số bán xe điện, nhưng từ năm 2022, sản lượng của Indonesia đã tăng vọt.
Thay đổi trong Tiêu thụ Niken Toàn cầu
Tiêu thụ niken tiếp tục tăng trưởng ổn định. Thép không gỉ vẫn là người tiêu thụ chính. Sử dụng trong pin đang tăng lên.
Dự báo Nhu cầu Pin
Mật độ trọng lượng Pin Xe điện: 130 Wh/kg (tương đương với LEAF hiện tại)
Về dự báo năm 2030, một cách bảo thủ, Kịch bản 1 có thể xảy ra. Kịch bản 2 có thể xảy ra. Kịch bản 4 cũng có thể xảy ra trong trường hợp lạc quan nhất.
*Pin LEAF được hiển thị ở đây là đại diện cho hệ thống ba nguyên tố (niken, coban, mangan), nhưng pin lithium-ion được phát triển cho xe điện đã có những tiến bộ đáng kể và đang có những bước tiến lớn trong việc tăng công suất (mật độ).
Tính đến năm 2022, một số LFP đã vượt qua mật độ trọng lượng này.

Pin thứ cấp Thế hệ tiếp theo và Nguyên liệu của chúng
Tóm tắt
Việc áp dụng xe điện có thể đang chậm lại, nhưng pin lithium-ion vẫn sẽ là dòng chính trong thời điểm hiện tại.
Vật liệu cực dương đang không ngừng phát triển. Niken và coban từng là những vật liệu chính, nhưng hiện nay LFP đang được sử dụng trong xe điện. Hãy theo dõi những thay đổi trong tương lai.
Các công ty đang cải thiện công nghệ tái sử dụng và tái chế pin xe điện, nhưng có thể sẽ mất một thời gian trước khi những công nghệ này được áp dụng thực tế.
Pin xe điện trong tương lai có thể sẽ sử dụng những vật liệu rẻ hơn, an toàn hơn và có nguy cơ tài nguyên thấp hơn, do đó các doanh nghiệp tái sử dụng và tái chế cần xem xét điều này (vật liệu chính có thể thay đổi).
Nhấp để xem báo cáo đặc biệt về Triển lãm Công nghiệp Năng lượng Mới (10) 2025.