新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池梯次利用行業(yè)發(fā)展情況分析

張 廷，李龍輝，陳 平

（中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，我國(guó)新能源汽車(chē)實(shí)現(xiàn)從科研、產(chǎn)業(yè)化到市場(chǎng)推廣的“三級(jí)”轉(zhuǎn)變[1]。截至2018年底，我國(guó)新能源汽車(chē)?yán)塾?jì)產(chǎn)量已突破300萬(wàn)輛，成為全球最大的新能源汽車(chē)市場(chǎng)。新能源汽車(chē)發(fā)展進(jìn)入快車(chē)道，帶動(dòng)了對(duì)動(dòng)力蓄電池的強(qiáng)勁需求，我國(guó)新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池累計(jì)配套量已超過(guò)131 GW·h（約90萬(wàn)t），產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界第一。隨之而來(lái)，新能源汽車(chē)退役動(dòng)力蓄電池回收利用問(wèn)題日益緊迫，動(dòng)力蓄電池大量退役后，如未經(jīng)妥善處置將帶來(lái)安全、環(huán)境問(wèn)題，并浪費(fèi)資源。

我國(guó)政府高度重視動(dòng)力蓄電池回收利用，并在已發(fā)布的多項(xiàng)管理政策中明確表示在保證安全可控的前提下，鼓勵(lì)按照先梯次利用后再生利用原則對(duì)廢舊動(dòng)力蓄電池開(kāi)展多層次、多用途合理利用。目前，行業(yè)普遍認(rèn)為當(dāng)動(dòng)力蓄電池容量衰減至額定容量的80%時(shí)，將不再滿(mǎn)足作為新能源車(chē)輛動(dòng)力蓄電池使用，需要從車(chē)輛上完成退役。然而，其車(chē)載壽命階段僅占據(jù)了動(dòng)力蓄電池全生命周期的1/3左右。退役動(dòng)力蓄電池開(kāi)展梯次利用一方面是國(guó)家政策所鼓勵(lì)采取的方式，另一方面也有助于發(fā)掘退役動(dòng)力蓄電池最大化剩余價(jià)值，延長(zhǎng)使用壽命，減少資源浪費(fèi)[2]。

隨著新能源汽車(chē)使用年限的增加，退役動(dòng)力蓄電池退役量逐年增加，并將迎來(lái)大規(guī)模退役期。相關(guān)行業(yè)研究機(jī)構(gòu)綜合考慮新能源汽車(chē)歷年產(chǎn)量、未來(lái)預(yù)測(cè)產(chǎn)量、電池質(zhì)保年限及車(chē)輛運(yùn)行工況等因素，對(duì)新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池退役量進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)計(jì)至2020年，我國(guó)退役電池累計(jì)約為25 GW·h（約20萬(wàn)t），退役電池累計(jì)梯次利用量約14 GW·h（約14萬(wàn)t）；至2025年，累計(jì)退役量約為116 GW·h（約78萬(wàn)t），退役電池累計(jì)梯次利用量約65 GW·h（約55萬(wàn)t）[3]。

1 梯次利用產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析

1.1 行業(yè)發(fā)展概述

當(dāng)前，動(dòng)力蓄電池退役量較少，梯次利用大部分處于試驗(yàn)示范階段，主要集中在備電、儲(chǔ)能、低速車(chē)等領(lǐng)域。由于梯次利用企業(yè)大多處于技術(shù)研發(fā)和積累階段，對(duì)人才和技術(shù)需求較高，其主要集中在人才、資金和技術(shù)較為聚集的京津冀、長(zhǎng)三角及珠三角等地區(qū)一線(xiàn)城市和部分基礎(chǔ)較好的中小城市。隨著動(dòng)力蓄電池退役潮的到來(lái)，各相關(guān)企業(yè)已在動(dòng)力蓄電池梯次利用領(lǐng)域加快布局，開(kāi)展了梯次利用產(chǎn)品的研究與應(yīng)用，并探索動(dòng)力蓄電池梯次應(yīng)用的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，我國(guó)梯次利用產(chǎn)業(yè)正處于由示范工程向商業(yè)化轉(zhuǎn)變的過(guò)渡階段。在通信基站備電、電網(wǎng)儲(chǔ)能、低速車(chē)等領(lǐng)域，梯次利用已開(kāi)始實(shí)用化?；緜潆妶?chǎng)景應(yīng)用主要是將梯次利用電池應(yīng)用在通信基站備用電源系統(tǒng)，在停止供電的情況下為基站用電設(shè)備供電。電網(wǎng)儲(chǔ)能場(chǎng)景應(yīng)用主要是實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能的負(fù)荷調(diào)節(jié)、提高新能源消納等，輸配電儲(chǔ)能的電能質(zhì)量提高、線(xiàn)路損耗降低等，以及用戶(hù)側(cè)分布儲(chǔ)能的削峰填谷、負(fù)荷轉(zhuǎn)移等。低速車(chē)場(chǎng)景主要是在微型電動(dòng)車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)等低速車(chē)上，替代原用的鉛酸電池，減輕裝載電池重量，提升電池循環(huán)使用壽命等，主要使用領(lǐng)域包括外賣(mài)、物流、環(huán)衛(wèi)等。

1.2 儲(chǔ)能領(lǐng)域梯次利用發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池梯次利用在示范研究階段，主要在儲(chǔ)能領(lǐng)域探索。當(dāng)前，我國(guó)儲(chǔ)能領(lǐng)域正在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，向清潔能源、新能源轉(zhuǎn)變，為梯次利用電池產(chǎn)品進(jìn)軍儲(chǔ)能領(lǐng)域創(chuàng)造了機(jī)遇。

國(guó)家電網(wǎng)在北京大興建設(shè)了100 kW·h梯次利用錳酸鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示范工程，用于穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)電壓，并在電網(wǎng)失電情況下通過(guò)移動(dòng)儲(chǔ)能電站支持用戶(hù)離網(wǎng)運(yùn)行；在鄭州建設(shè)由退役電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與多晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、退役電池儲(chǔ)能雙向變流器組成的風(fēng)光儲(chǔ)微電網(wǎng)系統(tǒng)；在張北建設(shè)了1 MW·h梯次利用磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示范工程，用于接納可再生能源發(fā)電和調(diào)頻等[4]。同時(shí)，研究組建了退役電池分選評(píng)估技術(shù)平臺(tái)，制定了電池配組技術(shù)規(guī)范，研制了高效可靠的電池管理系統(tǒng)。比亞迪深圳市龍崗區(qū)寶龍比亞迪工業(yè)園區(qū)建立全球首個(gè)兆瓦級(jí)退役電池梯次利用示范電站，具備調(diào)節(jié)用電峰谷、平滑光伏發(fā)電、提高電網(wǎng)利用率的作用。長(zhǎng)沙雨花環(huán)保工業(yè)園區(qū)示范電站正在建設(shè)實(shí)施。北京匠芯研發(fā)梯次利用風(fēng)光儲(chǔ)能系統(tǒng)，生產(chǎn)的梯次利用產(chǎn)品達(dá)14 MW·h。北京普萊德與國(guó)家電網(wǎng)、北汽合作實(shí)施了儲(chǔ)能電站項(xiàng)目、集裝箱式儲(chǔ)能項(xiàng)目及青海風(fēng)光儲(chǔ)能項(xiàng)目等，累計(jì)梯次利用量約75 MW·h。江蘇南京江北儲(chǔ)能電站破土動(dòng)工，這是我國(guó)首個(gè)也是全球最大規(guī)模新能源汽車(chē)動(dòng)力電池梯次利用的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站，共利用“舊電池”總?cè)萘繛?.5萬(wàn)kW·h。

1.3 備電領(lǐng)域梯次利用發(fā)展現(xiàn)狀

2018年7月，工業(yè)和信息化部等七部委組織開(kāi)展新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用試點(diǎn)工作，在中國(guó)鐵塔股份有限公司開(kāi)展梯次利用示范工程。中國(guó)鐵塔公司于2015年開(kāi)始，陸續(xù)在12個(gè)省市3 000多個(gè)基站開(kāi)展梯次利用電池替換鉛酸電池試驗(yàn)，充分驗(yàn)證了梯次利用安全性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性可行。2018年，中國(guó)鐵塔公司已停止采購(gòu)鉛酸電池，從深圳比亞迪等20個(gè)企業(yè)采購(gòu)梯次利用電池。據(jù)鐵塔公示，截至2018年底，已在全國(guó)31個(gè)省市約12萬(wàn)個(gè)基站使用梯次電池約1.5 GW·h，替代鉛酸電池約4.5萬(wàn)t，成為全國(guó)梯次利用行業(yè)的領(lǐng)頭者。據(jù)中國(guó)鐵塔公司測(cè)算，其在網(wǎng)蓄電池總數(shù)為240萬(wàn)組，總?cè)萘繛?2 GW·h，如全部以梯次利用電池替代，預(yù)計(jì)可消納退役電池超過(guò)25萬(wàn)t。

同時(shí)，中國(guó)鐵塔公司與電池生產(chǎn)、汽車(chē)生產(chǎn)及綜合利用企業(yè)合作，組織成立行業(yè)聯(lián)盟，共建回收利用體系，并在備電、儲(chǔ)能及對(duì)外發(fā)電應(yīng)用場(chǎng)景加強(qiáng)業(yè)務(wù)拓展。

1.4 低速車(chē)領(lǐng)域梯次利用發(fā)展現(xiàn)狀

繼儲(chǔ)能、基站備電等使用場(chǎng)景后，低速車(chē)成為梯次利用主流發(fā)展領(lǐng)域之一，當(dāng)前已在多種車(chē)型進(jìn)行探索使用。

星恒電源為我國(guó)早期探索退役動(dòng)力蓄電池梯次利用于低速車(chē)領(lǐng)域的企業(yè)之一，當(dāng)前已實(shí)現(xiàn)了對(duì)自產(chǎn)電芯的梯次利用創(chuàng)新研究，至2017年底星恒累計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)17.68萬(wàn)支電芯的修復(fù)，梯次利用電池產(chǎn)品主要應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)三輪車(chē)及低速四輪車(chē)等輕型車(chē)領(lǐng)域的售后市場(chǎng)，用于替換原有的鉛酸電池及故障鋰電池。杭州市易源科技有限公司自2018年起運(yùn)用退役的磷酸鐵鋰電池模組，開(kāi)發(fā)用于快遞三輪車(chē)，并與國(guó)內(nèi)物流快遞系統(tǒng)智慧物流運(yùn)營(yíng)平臺(tái)浙江天郵達(dá)成戰(zhàn)略合作，在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展新能源快遞物流電動(dòng)車(chē)及配套梯次電池產(chǎn)品的批量投放。中天鴻鋰為目前在低速車(chē)領(lǐng)域開(kāi)展梯次利用的典型企業(yè)，旗下的“中天動(dòng)力”品牌采用互聯(lián)網(wǎng)共享租賃的模式，將動(dòng)力蓄電池梯次利用模塊以租賃的模式應(yīng)用于順豐京東等物流企業(yè)的快遞物流車(chē)、美團(tuán)、餓了么等外賣(mài)送餐車(chē)，在全國(guó)30多個(gè)城市設(shè)置梯次產(chǎn)品客服中心、換電站。宇通環(huán)衛(wèi)與傲藍(lán)得環(huán)?？萍純杉夜竞献鲗⑵煜率褂玫沫h(huán)衛(wèi)三輪灑水車(chē)、三輪掃街車(chē)和四輪垃圾裝載車(chē)等低壓電動(dòng)車(chē)輛車(chē)輛，裝配梯次利用電池產(chǎn)品取代現(xiàn)有鉛酸電池，現(xiàn)已有200臺(tái)車(chē)輛已投入鄭州市內(nèi)的環(huán)衛(wèi)示范運(yùn)營(yíng)。

2 梯次利用技術(shù)現(xiàn)狀分析

退役動(dòng)力蓄電池在剩余壽命、一致性、安全性等方面已發(fā)生較大變化，對(duì)梯次利用于其他領(lǐng)域構(gòu)成挑戰(zhàn)[5]。為加快推進(jìn)動(dòng)力蓄電池梯次利用的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，行業(yè)加大對(duì)梯次利用技術(shù)的研究及應(yīng)用。

目前，梯次利用主要存在檢測(cè)重組和修復(fù)兩種技術(shù)路線(xiàn)，并以檢測(cè)重組為主。檢測(cè)重組技術(shù)路線(xiàn)的代表性企業(yè)包括深圳比亞迪、北京匠芯、中國(guó)鐵塔公司等。深圳比亞迪等企業(yè)對(duì)退役電池從包組、模塊到單體級(jí)別逐一檢測(cè)，以單體為單位進(jìn)行重組，重組率達(dá)到70%～80%。北京匠芯正在建設(shè)基于大數(shù)據(jù)的動(dòng)力蓄電池包（組）評(píng)估系統(tǒng)，可進(jìn)行退役電池殘余壽命、應(yīng)用場(chǎng)景等評(píng)估，并探索退役電池系統(tǒng)集成等技術(shù)。中國(guó)鐵塔公司牽頭行業(yè)突破了電池成組、容量綜合評(píng)估等一批梯次利用關(guān)鍵技術(shù)。此外，另有部分企業(yè)在退役電池修復(fù)技術(shù)方面進(jìn)行了積極探索，以星恒電源、北京國(guó)能為代表。星恒電源回收本企業(yè)的退役電池，修復(fù)單體正負(fù)極表面的SEI膜并適當(dāng)補(bǔ)充電解液，修復(fù)后的單體可梯次利用于低速電動(dòng)車(chē)輛等領(lǐng)域，修復(fù)后的電芯容量可至少達(dá)新電芯的80%。

3 梯次利用發(fā)展存在的問(wèn)題及建議

3.1 梯次利用發(fā)展存在問(wèn)題分析

3.1.1 技術(shù)層面

生態(tài)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)控制及信息共享等問(wèn)題一定程度制約了梯次利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。設(shè)計(jì)生產(chǎn)方面，電池生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)已經(jīng)限制使用有害物質(zhì)，但是綠色選材、標(biāo)準(zhǔn)化及通用性設(shè)計(jì)、易拆解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及易梯次利用設(shè)計(jì)等方面還有不足。動(dòng)力蓄電池有130多種規(guī)格，種類(lèi)多、連接性及互換性差，行業(yè)還存在產(chǎn)品合格率低、一致性差等問(wèn)題。技術(shù)信息支持方面，電池及汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)正在提供拆卸、拆解等技術(shù)信息支持，但在通信協(xié)議、歷史數(shù)據(jù)等關(guān)鍵資源分享方面還沒(méi)有形成機(jī)制。梯次利用還存在效率偏低，與梯次利用電池安全性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性關(guān)系密切的電池剩余壽命及一致性評(píng)估等技術(shù)還不成熟等問(wèn)題。

3.1.2 管理層面

目前已發(fā)布的《新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》《新能源汽車(chē)廢舊動(dòng)力蓄電池綜合利用規(guī)范條件》等管理政策已對(duì)梯次利用提出了部分要求，但仍然缺乏針對(duì)梯次利用企業(yè)準(zhǔn)入及梯次利用電池產(chǎn)品管理的相關(guān)制度。同時(shí)，目前退役動(dòng)力蓄電池?cái)?shù)量較少，而企業(yè)在技術(shù)、設(shè)備研發(fā)等方面投入較大，但當(dāng)前缺乏行之有效的激勵(lì)措施。此外，梯次利用電池產(chǎn)品標(biāo)識(shí)、安全使用、殘值評(píng)估規(guī)范等系列標(biāo)準(zhǔn)缺失，在一定程度上制約了梯次利用行業(yè)的發(fā)展。

3.1.3 市場(chǎng)發(fā)展層面

未來(lái)梯次利用情景廣闊，很多企業(yè)看好梯次利用市場(chǎng)，紛紛加快產(chǎn)業(yè)投資布局，從基站備電、電網(wǎng)儲(chǔ)能、低速動(dòng)力、UPS電源及充電寶等眾多方向進(jìn)行探索與實(shí)踐，由此導(dǎo)致梯次利用電池產(chǎn)品向不同行業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)散，但難以有效保障產(chǎn)品性能、安全等水平。部分“小作坊”式企業(yè)對(duì)退役電池非法拆解、重組，作為“梯次利用產(chǎn)品”進(jìn)行銷(xiāo)售，存在較大安全、環(huán)保隱患，嚴(yán)重?cái)_亂市場(chǎng)，使得部分市場(chǎng)主體對(duì)梯次產(chǎn)品缺乏信任。

3.2 未來(lái)發(fā)展建議

新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池梯次利用是推動(dòng)我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，為規(guī)范梯次利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展，未來(lái)還需深化政策引導(dǎo)、技術(shù)突破、商業(yè)模式創(chuàng)新等。一是研究制定梯次利用企業(yè)準(zhǔn)入與梯次利用電池產(chǎn)品管理制度，制定獎(jiǎng)懲措施，適時(shí)開(kāi)展梯次利用電池產(chǎn)品認(rèn)定和標(biāo)識(shí)工作，發(fā)布梯次利用企業(yè)及產(chǎn)品名單，營(yíng)造規(guī)范回收、生產(chǎn)及銷(xiāo)售的有序市場(chǎng)環(huán)境。

二是以企業(yè)為主體，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，推動(dòng)動(dòng)力蓄電池生態(tài)設(shè)計(jì)、退役判定及檢測(cè)、梯次利用電池殘余價(jià)值評(píng)估、電池自動(dòng)化拆解及材料分選等共性技術(shù)攻關(guān)和關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)。融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)，提高動(dòng)力蓄電池回收利用的質(zhì)量和效率。同時(shí)，加強(qiáng)全方位的國(guó)際交流合作，鼓勵(lì)先進(jìn)技術(shù)和優(yōu)勢(shì)資源的輸出和引進(jìn)。

三是產(chǎn)業(yè)鏈上下游加強(qiáng)協(xié)作，探索動(dòng)力蓄電池梯次利用創(chuàng)新商業(yè)模式，如“以租代售”“固定車(chē)型電池定價(jià)”合作模式等。同時(shí)，加強(qiáng)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)在動(dòng)力蓄電池回收利用中的應(yīng)用，由產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、第三方服務(wù)機(jī)構(gòu)組織建設(shè)商業(yè)化服務(wù)平臺(tái)，構(gòu)建第三方評(píng)估體系，形成線(xiàn)上線(xiàn)下動(dòng)力蓄電池殘值交易技術(shù)規(guī)范，完善電池殘值評(píng)估和定價(jià)機(jī)制。