退役動(dòng)力電池剩余容量梯次利用的關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展＊

金慧芬 劉彩秋 王紅美

（天津力神電池股份有限公司，天津 300384）

0.引言

據(jù)工信部2020年給出的數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)新能源汽車保有量達(dá)492萬(wàn)輛，比2019年增長(zhǎng)29.2%。新能源汽車發(fā)展迅猛，而新能源汽車的退役動(dòng)力電池處理問(wèn)題一直是社會(huì)焦點(diǎn)問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)，退役動(dòng)力電池大部分還可以繼續(xù)充放電，按照電池的電量?jī)r(jià)值來(lái)計(jì)算，退役動(dòng)力電池仍有50$/kWh的價(jià)值可以被利用，目前我國(guó)退役動(dòng)力電池的二次利用主要體現(xiàn)在回收、檢驗(yàn)、運(yùn)輸?shù)确矫?，使其電量?jī)r(jià)值提升至100$/kWh。本文主要研究退役動(dòng)力電池剩余容量梯次利用關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，以促進(jìn)我國(guó)退役動(dòng)力電池剩余容量梯次利用關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展。

1.退役動(dòng)力電池剩余容量梯次利用的現(xiàn)狀

我國(guó)新能源汽車起步較晚，從2014年之后才真正發(fā)展起來(lái)，很多動(dòng)力電池都還在質(zhì)保期內(nèi)，大規(guī)模退役還沒(méi)有到來(lái)。因此，關(guān)于退役動(dòng)力電池剩余容量梯次利用的技術(shù)研究比較滯后，目前尚缺乏足夠的實(shí)踐驗(yàn)證。退役動(dòng)力電池的重復(fù)利用主要包括失效處理、外結(jié)構(gòu)拆解、電芯檢測(cè)、篩選分類和梯次利用等內(nèi)容。大部分新能源電池屬于鋰離子電池，其回收利用難度較大，鋰離子電池的回收利用流程為：先是將鋰離子電池放電至一定電壓（2V～3V），然后拆解鋰離子電池成為多組小電池，再將小電池的正負(fù)極、電解液篩選出來(lái)，對(duì)電池電極材料進(jìn)行酸堿反應(yīng)來(lái)清除電極上的雜質(zhì)并溶解金屬材質(zhì)的電極，最后從酸堿溶液中提煉出金屬回收利用，能夠回收利用的金屬稱為有價(jià)金屬。有價(jià)金屬的提取方法主要有濕法、干法和生物法3種。我國(guó)退役動(dòng)力電池剩余容量梯次利用技術(shù)起步晚，較發(fā)達(dá)國(guó)家而言比較落后。目前我國(guó)退役動(dòng)力電池剩余容量梯次利用技術(shù)還處于起步階段，有待大規(guī)模和更深層次的應(yīng)用。

2.退役動(dòng)力電池剩余容量梯次利用技術(shù)發(fā)展困境

2.1 電池剩余容量難控制，難以成組使用

雖然退役動(dòng)力電池具有較大的剩余容量，但是難以準(zhǔn)確檢測(cè)電池剩余容量和使用安全性。計(jì)算退役動(dòng)力電池剩余容量和使用壽命，需要利用精密儀器對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，這無(wú)形中增加了退役動(dòng)力電池重復(fù)利用的成本。同時(shí)退役動(dòng)力電池的梯次利用技術(shù)關(guān)鍵在于將零散的退役動(dòng)力電池進(jìn)行重組，由于電池之間的型號(hào)、規(guī)格、化學(xué)物質(zhì)和工藝差異較大，在重組時(shí)難以制定統(tǒng)一重組標(biāo)準(zhǔn)，缺乏重組標(biāo)準(zhǔn)而隨意重組，不但不會(huì)使退役動(dòng)力電池發(fā)揮其效用，還會(huì)增加電池爆炸風(fēng)險(xiǎn)，這些都增加了退役動(dòng)力電池重組難度。目前重組的退役動(dòng)力電池只能應(yīng)用在低速電動(dòng)車、基站備用電源、AGV小車等應(yīng)用場(chǎng)景，很少在電網(wǎng)級(jí)別的大型應(yīng)用場(chǎng)景中出現(xiàn)。如果一個(gè)退役動(dòng)力電池出現(xiàn)故障，就會(huì)危及整個(gè)電池組的正常使用，并且會(huì)給電網(wǎng)造成不可估量的危害[1]。

2.2 梯次利用技術(shù)成本高，缺乏安全性

制約新能源汽車電池重復(fù)利用的阻力主要是退役動(dòng)力電池剩余容量梯次利用成本較大。在退役動(dòng)力電池梯次利用過(guò)程中需要對(duì)電池進(jìn)行拆解、篩選和重組，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要較高的技術(shù)，且需要較高的技術(shù)成本。由于退役動(dòng)力電池已經(jīng)過(guò)了質(zhì)保期，電池內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)不穩(wěn)定性增加，使得退役動(dòng)力電池后期的維護(hù)保養(yǎng)成本也增加。而且新能源汽車電池更新?lián)Q代較快，原先高成本回收的退役動(dòng)力電池在經(jīng)過(guò)復(fù)雜的重組后，新型電池逐漸占領(lǐng)市場(chǎng)，重組后的電池更加缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，導(dǎo)致價(jià)格更低，且退役動(dòng)力電池的電容量、電壓也會(huì)出現(xiàn)直線衰減，影響其使用次數(shù)。

2.3 梯次利用場(chǎng)景不合理，相關(guān)管理制度不完善

退役動(dòng)力電池剩余容量梯次利用需要一定的場(chǎng)景，即結(jié)合退役動(dòng)力電池實(shí)際情況來(lái)合理選擇應(yīng)用場(chǎng)景，例如經(jīng)過(guò)檢測(cè)退役動(dòng)力電池剩余容量較小，就應(yīng)該應(yīng)用在小型用電設(shè)備上；反之可以用于稍大的用電設(shè)備上。但目前我國(guó)沒(méi)有合適的法律法規(guī)和管理制度來(lái)規(guī)范退役動(dòng)力電池的應(yīng)用場(chǎng)景，使得退役動(dòng)力電池應(yīng)用于不合理的場(chǎng)景中，輕則難以供應(yīng)足夠的電量來(lái)維持設(shè)備正常工作，重則會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重安全事故。因?yàn)橥艘蹌?dòng)力電池梯次利用需要較高的技術(shù)，且具有很多不可測(cè)因素，所以，如果缺乏相應(yīng)的管理制度和法律法規(guī)來(lái)約束管理，勢(shì)必會(huì)造成退役動(dòng)力電池的濫用局面而給人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)不利影響。

3.退役動(dòng)力電池剩余容量梯次利用技術(shù)發(fā)展建議

3.1 加強(qiáng)對(duì)退役動(dòng)力電池剩余容量梯次利用技術(shù)的研發(fā)

我國(guó)科研機(jī)構(gòu)、電池生產(chǎn)企業(yè)、新能源汽車企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)退役動(dòng)力電池剩余容量梯次利用的技術(shù)研發(fā)。首先要提高退役動(dòng)力電池剩余容量的檢測(cè)技術(shù)，將剩余容量相同相近的退役動(dòng)力電池列為一組，避免不同剩余容量的退役動(dòng)力電池混裝而使得電壓不足或產(chǎn)生安全隱患。其次要提高退役動(dòng)力電池安全性評(píng)估技術(shù)利用專門的技術(shù)來(lái)檢測(cè)電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)的穩(wěn)定性，將退役動(dòng)力電池按照安全評(píng)估結(jié)果進(jìn)行分類，分為安全、比較安全和危險(xiǎn)3類，將安全一類退役動(dòng)力電池重組，比較安全一類退役動(dòng)力電池進(jìn)行能量修復(fù)后重組，危險(xiǎn)一類的退役動(dòng)力電池報(bào)廢處理[2]。

3.2 國(guó)家加大對(duì)退役動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)的支持

因?yàn)橥艘蹌?dòng)力電池梯次利用研發(fā)成本較高，很多電池生產(chǎn)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)會(huì)停止對(duì)該技術(shù)的研發(fā)。一方面，國(guó)家可以出臺(tái)資金補(bǔ)貼政策，先給予相關(guān)企業(yè)研發(fā)資金，確保企業(yè)召集專業(yè)人才和購(gòu)置專業(yè)設(shè)備來(lái)進(jìn)行研究，根據(jù)研發(fā)成果給予獎(jiǎng)勵(lì)津貼，確保退役動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)研發(fā)有足夠的資金支持；另一方面，國(guó)家可以出臺(tái)政策鼓勵(lì)相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)入該科研項(xiàng)目，為科研企業(yè)提供充足的人才支持。國(guó)家還可以組建自己的專項(xiàng)科研團(tuán)隊(duì)，致力于退役動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)研究。

3.3 完善退役動(dòng)力電池梯次利用管理制度

退役動(dòng)力電池根據(jù)不同的剩余容量和安全等級(jí)要?jiǎng)澐志唧w的使用場(chǎng)景，避免退役動(dòng)力電池亂用，產(chǎn)生安全事故。如表1所示，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的退役動(dòng)力電池梯次利用規(guī)范要求，一家合格的退役動(dòng)力電池梯次利用企業(yè)應(yīng)該具備以下12點(diǎn)要求方可從事退役動(dòng)力電池回收利用工作。目前我國(guó)退役動(dòng)力電池梯次利用企業(yè)在設(shè)備要求、成本控制和售后服務(wù)等方面都存在一些問(wèn)題，有關(guān)部門需要嚴(yán)格按照工信部出臺(tái)的《梯次利用電池產(chǎn)品目錄》加強(qiáng)對(duì)退役動(dòng)力電池梯次利用企業(yè)的準(zhǔn)入條件進(jìn)行審查，嚴(yán)格落實(shí)退役動(dòng)力電池梯次利用企業(yè)認(rèn)證和準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。除此之外還要制定退役動(dòng)力電池報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格落實(shí)這一指標(biāo)，將低于該指標(biāo)的退役動(dòng)力電池報(bào)廢處理。使用場(chǎng)景也需要規(guī)范，例如人員密集場(chǎng)所、高溫高壓場(chǎng)所和易燃易爆場(chǎng)所等的退役動(dòng)力電池梯次利用要有規(guī)范要求，避免安全事故發(fā)生[3]。

表1 退役動(dòng)力電池梯次利用企業(yè)相關(guān)要求

4.結(jié)語(yǔ)

我國(guó)新能源汽車電池退役后的重復(fù)利用由于技術(shù)水平限制，尚無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)退役動(dòng)力電池的剩余容量和安全性，且退役動(dòng)力電池重復(fù)利用的成本較高，商業(yè)價(jià)值目前尚不明朗，還沒(méi)有在市場(chǎng)上普及。為此需要國(guó)家為科研機(jī)構(gòu)和相關(guān)企業(yè)提供資金和技術(shù)支持，加大剩余容量檢測(cè)技術(shù)和安全評(píng)估技術(shù)研發(fā)，制定退役動(dòng)力電池使用規(guī)范和相關(guān)法律法規(guī)并加強(qiáng)監(jiān)管。只有國(guó)家、企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)加大對(duì)退役動(dòng)力電池剩余容量梯次利用技術(shù)的重視與研發(fā)，才能促進(jìn)退役電池的梯次利用穩(wěn)定發(fā)展。