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論文中文名稱:廢電動車電池及馬達稀有資源回收再利用之研究 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:A Study of Rare Resources Recycling of Waste Motor and Battery from Electric Vehicles [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:環境工程與管理研究所
畢業學年度:103
畢業學期:第二學期
中文姓名:羅方辰
英文姓名:Fang-Chen Lo
研究生學號:102608001
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2015/06/04
指導教授中文名:張添晉
指導教授英文名:Tien-Chin Chang
口試委員中文名:吉塚和治;游勝傑;蘇昭瑾;張添晉
口試委員英文名:Kazuharu Yoshizuka;Sheng-Jie You;Chao-Chin Su;Tien-Chin Chang
中文關鍵詞:鋰電池鎳氫電池永磁馬達稀有金屬電動車
英文關鍵詞:Li-ion batteryNiMHPermanent MagnetRare MetalsElectric Vehicle
論文中文摘要:由於化石燃料使用對地球可能造成空氣污染與地球暖化等問題。使全球已聚焦於清淨能源與資源再生循環利用。其中,移動污染源主要係以汽機車之化石燃料使用。因此,全球已積極發展油電混合車,甚至採用電動車來取代傳統機動車輛,以減少化石燃料使用,並降低環境污染。
目前電動車積極發展國家為美國、歐盟(德、英、法等)、中國及日本等,而電動車中常用鎳氫電池與鋰電池搭配電動永磁馬達,以驅動車輛。由於鎳氫電池含有稀有金屬鈷(Co)、釩(V)、鎳(Ni)及稀土金屬(REE),其稀土金屬成分為:釹(Nd)、鑭(La)、鈰(Ce)及鏑(Dy);而鋰電池含有稀有金屬鋰(Li)、鈷(Co)、釩(V)及鎳(Ni),廢棄後需加以回收,以利資源循環再利用,並減少環境污染。另驅動車體之永磁馬達之稀土永磁材料以含釹磁鐵系及釤鈷兩大類為主。釹鐵硼磁鐵中主要原料有稀土金屬釹(Nd)32%、鐵(Fe)64%、非金屬元素硼(B)1%及極少量3%稀土元素鐠(Pr)、铽(Tb)、鏑(Dy)。由此可見,亦可回收再利用永磁馬達中稀有資源,以增加其高附加價值,降低環境衝擊,使稀有資源能永續循環再利用。
永磁材料釹鐵硼三元系材料係以Nd2Fe14B化合物作為基體,其中釹和硼的含量多寡將會影響永磁材料之性能。因此,本研究探討稀有金屬回收技術,並分析稀有資源回收潛勢,計算臺灣2014年油電混合車中回收稀有資源未考慮成本的情況下,鎳氫電池約有1.74億的回收產值,永磁馬達1.82億,計達3.56億台幣產值。
論文英文摘要:The use of fossil fuel will lead to the air pollution and global warming. The world has focused on the clean fuel and resource recycling. Among the air pollution, vehicles are one of the major contribution due to the use of fossil fuel as energy source. For the reduction of fossil fuel use and environmental pollution, many countries have developed energy saving car such as hybrid electric vehicle, plug-in hybrid electric vehicle and battery electric vehicle to replace the traditional vehicle.
To date, Japan, Germany, France, UK, USA and China are active in developing the electric vehicle. NiMH and lithium-ion battery are mostly used and collocated with the permanent magnet motor to drive the electric vehicle. Lithium-ion battery contains Li, Co, V and Ni while NiMH contains Co, V, Ni and rare earth element (REE). The REE inside the NiMH contains Nd, La, Ce and Dy. Thus, battery needs to be carefully treated and recycled as it is discarded. The REE inside permanent motor is comprised of NdFeB or SmCo category.
NdFeB magnet is comprised of Nd(32%), Fe(64%), B(1%) and REE(3%). The REE(3%) inside the NdFeB contains Pr, Tb and Dy. NdFeB magnet is generally based on the Nd2Fe14B compound. The content of Nd and B will affect the properties of permanent magnet. Thus, this manuscript investigates the recovery technology of REE and analyzes the recovery potential of REE. In addition, the strategy and management of Taiwan electric vehicle is assessed for the sustainable development.
論文目次:目錄

摘要 i
ABSTRACT ii
目錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究流程與範疇 2
第二章 文獻回顧 5
2.1 電動車電池及馬達概述 5
2.1.1 電動車概述 5
2.1.2 電動車電池概述 12
2.1.3 電動車馬達概述 20
2.2 電動車產業發展現況 23
2.2.1 美國 25
2.2.2 歐洲 28
2.2.3 日本 32
2.2.4 中國 36
2.3 國外廢電動車回收政策 39
2.3.1 美國 40
2.3.2 歐洲 42
2.3.3 中國 44
2.3.4 日本 46
2.4 國外廢電動車馬達及電池回收現況 50
2.4.1 美國 50
2.4.2 歐洲 53
2.4.3 中國 57
2.4.4 日本 58
2.5 稀有資源概述 65
2.5.1 稀有資源之範疇與分布 65
2.5.2 全球稀有資源應用 68
第三章 研究內容及方法 72
3.1 研究方法論 72
3.2 研究內容與流程 73
3.3 稀有資源化潛勢 74
第四章 結果與討論 75
4.1 廢電動車回收策略剖析 75
4.1.1 政策面 75
4.1.2 宣導面 79
4.1.3 環境面 80
4.2 廢電動車電池及馬達再利用剖析 82
4.2.1 技術面 82
4.2.2 成本面 85
4.2.3 規模面 88
4.3 研提廢電動車電池與馬達最適再利用模式 96
4.3.1廢電動車電池稀有資源處理技術 96
4.3.2 廢電動車馬達稀有資源處理技術 102
4.3.3 研提廢電動車與馬達最適處理技術及管理模式 111
4.4 廢電動車稀有資源潛勢分析 116
4.4.1 廢電動車電池稀有資源潛勢分析 116
4.4.2 廢電動車馬達稀有資源潛勢分析 118
4.4.3 電動車稀有資源產值評估 120
第五章 結論與建議 127
5.1 結論 127
5.2 建議 128
參考文獻 129;表目錄

表2.1.1-1各類純電動車種類 8
表2.1.1-2油電混合車動力傳輸方式種類 9
表2.1.1-3兩類型插電式油電混合電動車之特性比較 10
表2.1.1-4燃料電池電動車及太陽能電動車特性之比較 11
表2.1.1-5各類型電動車優缺點比較 12
表2.1.2-1各類型電動車電池特性分析 19
表2.1.3-1各類型電動車馬達優缺點分析 22
表2.3.2-1歐盟車輛分類 42
表2.5.1-1稀有資源定義的基本四個面向 66
表2.5.2-1全球應用稀土之產品 70
表4.2.1-1國內外處理廢電動車電池之比較 84
表4.2.3-1 2009~2018年全球電動車市場規模預測 90
表4.2.3-2為各國處理電池之規模處理量 91
表4.2.3-3處理業者廢乾電池回收處置及設置處理廠意願調查 92
表4.2.3-4國內電弧爐煉鋼廠處理廢乾電池意願調查 94
表4.3.1-1各類電動車電池含稀有元素之種類 96
表4.3.2-1各類型永磁材料特性之比較 102
表4.3.3-1廢乾電池濕式處理法及乾式處理優缺點之比較分析 112
表4.3.3-2廢電動車馬達處理技術之比較 113
表4.4.1-1廢電動車鎳氫電池金屬重量百分比 117
表4.4.2-1廢電動永磁馬達金屬重量百分比 119
表4.4.3-1廢油電混合車鎳氫電池資源潛勢分析 121
表4.4.3-2廢油電混合車永磁馬達資源潛勢分析 122
表4.4.3-3 2014/07~2015/03年國際金屬價格 124
表4.4.3-4油電混合車鎳氫電池資源產值 125
表4.4.3-5油電混合車電池馬達資源產值 126;圖目錄

圖1.3-1 研究流程 3
圖1.3-2 本研究詳細研究內容 4
圖2.1.1-1各類電動車種類 6
圖2.1.3-1 2011-2016年電動車驅動馬達市場數量 20
圖2.2-1 2012至2020電動車市場預測規模 23
圖2.2-2 各國電動車市占率 24
圖2.3-1 各國電動車回收政策情形 39
圖2.4.1-1 ABB Group正在測試電池用於電網使用時 51
圖2.4.2-1回收的電動汽車電池並變成電網之流程圖 55
圖2.4.4-1電池到電池回收再利用計畫流程圖 60
圖2.4.4-2 Toyota回收永磁馬達稀土金屬方案 61
圖2.4.4-3 Toyota與住友金属鉱山公司碳化物產物裡的稀土金屬-鎢之回收 61
圖2.4.4-4 Honda廢鎳氫電池提取稀土金屬再製造成馬達永磁材料流程 62
圖2.4.4-5為日鉱日石金屬回收車用鋰電池流程 64
圖2.5.1-1全球各國稀土蘊藏量比例分佈圖 67
圖2.5.1-2全球稀土資源的儲量的比例 68
圖2.5.2-1稀有資源之終端應用 69
圖4.1.1-1 廢機動車量體系架構 76
圖4.2.2-1整部電動車成本結構 86
圖4.2.2-2為純電動車電池模組成本結構分析 86
圖4.2.3-1 全球電動車電池種類演進與趨勢分析示意圖 90
圖4.2.3-2 全球二次電池市場規模與發展 91
圖4.3.1-1為油電混合車稀土金屬之分布 97
圖4.3.1-2鎳氫電池濕式處理法 98
圖4.3.1-3鎳氫電池乾式處理流程 99
圖4.3.1-4稀土氧化溶渣濕式處理流程 100
圖4.3.1-5鋰電池濕式處理法流程 101
圖4.3.1-6鋰電池濕式處理法流程 101
圖4.3.2-1回收馬達濕式處理流程 104
圖4.3.2-2電熔渣精煉法處理流程 106
圖4.3.2-3電熔渣精煉法示意圖 106
圖4.3.2-4 液態金屬鎂萃取法釹金屬處理流程 107
圖4.3.2-5 液態金屬銀萃取法釹金屬處理流程 108
圖4.3.2-6玻璃渣法處理流程 109
圖4.3.2-7氣相萃取法流程 110
圖4.4.1-1廢鎳氫電池重量百分比例 118
圖4.4.2-1為廢電動車馬達重量百分比例 120
論文參考文獻:參考文獻

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