車用動力電池梯次利用的探討

李波

摘 要：我國車用動力電池從2018年就進入了大規(guī)模的退役階段。介紹了車用動力電池梯次利用的可行性以及經(jīng)濟價值，并對國家政策進行解讀，深度剖析了梯次利用的困境與前景。提出梯次利用前退役動力電池需要進行測試評價。

關鍵詞：車用動力電池;梯次利用;測試評價

1 前言

從防止污染環(huán)境[1]、資源循環(huán)利用[2]、經(jīng)濟性[3]三個方面考慮，退役的車用動力鋰離子電池應該進行梯次利用和回收。

防止污染環(huán)境：鋰離子電池制作的原材料中包含鎳、鈷、錳、鋰等重金屬元素和碳材、石墨等材料。退役的動力電池進入環(huán)境后，這些重金屬元素和碳材、石墨就會污染環(huán)境。鋰離子電池的電解液如果不經(jīng)過處理就進入環(huán)境，會嚴重污染環(huán)境。

資源循環(huán)利用：鋰離子電池中的鎳、鈷、錳、鋰等元素都是可以回收利用，這些金屬元素總有一天會枯竭，因此需要對鋰離子電池中的重要金屬元素進行循環(huán)利用。另外鋰離子電池中的石墨、銅箔的回收利用也是必要的。

經(jīng)濟性：退役動力電池如果先進行梯次利用再進行回收，就能夠完全利用鋰離子電池剩余價值。從動力電池的整個使用周期來看，梯次利用可以降低鋰離子電池的使用成本。從經(jīng)濟學的角度來看，鋰離子電池的梯次利用和回收具有較高的經(jīng)濟價值。

從動力電池的梯次利用的數(shù)據(jù)來看，2018年我國梯次利用的電池非常少。主要原因有三個：一是目前梯次利用的相關法規(guī)、標準才完成制定和發(fā)布，退役動力電池的梯次利用還未形成標準的流程和體系。二是退役的車用動力電池到梯次利用的中間環(huán)節(jié)中，需要對退役的電池進行測試并分類，然后在重新組裝成可以使用的電池系統(tǒng)，最后應用到儲能的場所中，從目前來看這個中間環(huán)節(jié)的成本很高，使得梯次利用的經(jīng)濟性變差。三是退役的車用動力電池已經(jīng)使用多年，其使用壽命已經(jīng)降低了很多，因此退役的電池即使用于儲能，其使用壽命也很短，就使得退役電池的梯次利用不具有良好經(jīng)濟性。雖然從目前來看退役的車用動力電池的梯次利用的經(jīng)濟價值不高，但是隨著后期退役的電池越來越多，行業(yè)經(jīng)驗的累積，未來車用動力電池梯次利用必將具有很好的市場價值。

2 市場研究

2017年中國新能源汽車的產(chǎn)銷量在80萬輛左右，2018年新能源汽車銷量125.6萬輛;預計到2020年我國的新能源汽車將達到300萬輛。根據(jù)新能源汽車的銷量測算，到2020年鋰電池的需求將達到250GWh。從目前的試驗數(shù)據(jù)來看，鋰離子電池的使用壽命一般在5到8年，從2018年的數(shù)據(jù)來看，全年有一大批的車輛的新能源汽車電池被淘汰，我國退役的車用動力電池約為10GWh，對應的市場空間為60億左右。同時高工鋰電、各大券商等的預測，2020年動力電池回收市場的空間大約為150億。目前退役的車用動力電池的市場主要為兩種：一是梯次利用[4]：將退役的車用動力電池拆解后再應用到其他的領域中去，目前主要是作為儲能電池。二是將退役的車用動力電池的重要材料進行回收，重新做成電池的原材料。

在如此巨大的市場面前，整車企業(yè)、動力電池生產(chǎn)企業(yè)、原材料企業(yè)、第三方的回收企業(yè)都在2018年里紛紛布局車用動力電池的回收：

比亞迪在2018年1月與中國鐵塔公司簽訂新能源動力蓄電池回收利用戰(zhàn)略合作伙伴協(xié)議。此外，比亞迪自身也早就開始了動力電池回收工作。

2018年3月，上汽集團（600104）與寧德時代簽署戰(zhàn)略合作諒解備忘錄，探討共同推進新能源汽車動力電池回收再利用。上汽通用還和格林美、賽德美、上海華東拆車股份有限公司、河南沐桐環(huán)保產(chǎn)業(yè)有限公司等企業(yè)合作共建回收網(wǎng)點。

2018年11月初，威馬汽車與中國鐵塔股份有限公司簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將在電池梯度利用、電池回收等方面展開合作。

3 政策導向

從2012年開始國家就開始考慮退役車用動力電池的處理問題。2012年6月28日，國務院下發(fā)的編號為國發(fā)（2012）22號文件《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020）的通知》中要求制定動力電池回收利用管理辦法。其目的就是為了建立動力電池體積利用和回收管理體系，引導動力電池生產(chǎn)企業(yè)加強對退役電池的回收利用，鼓勵發(fā)展專業(yè)化的電池回收利用企業(yè)，嚴格設定動力電池回收利用企業(yè)的準入條件。

于2014年7月21日，國務院辦公廳又下發(fā)了文件編號為國辦發(fā)（2014）35號文件《關于加快新能源汽車推廣應用的指導意見》中提出要研究制定動力電池的回收利用政策。該文件的發(fā)布主要是為了促進電池回收利用，引導各種資源進去電池回收利用產(chǎn)業(yè)，建立動力電池回收利用體系。

2015年，2016年，2017年工業(yè)化信息部聯(lián)合相關部門或單獨制定發(fā)布了電動汽車動力電池回收利用的技術政策、行業(yè)規(guī)范、管理辦法、指導意見、管理規(guī)則、行動規(guī)范。通過這些政策逐步完善動力電池回收利用的文件體系。落實了動力電池回收利用的主體是汽車生產(chǎn)企業(yè)和動力電池生產(chǎn)企業(yè)。

2018年工信部聯(lián)合多個部委發(fā)布了相關文件促進動力電池的回收利用，并以中國鐵塔的電池梯次利用案列多次進行行業(yè)推廣。在2018年2月26日發(fā)布文件編碼為工信部聯(lián)節(jié)（2018）43號《新能源汽車動力蓄電池回收利用暫行辦法》，其中規(guī)定了梯次利用電池的編碼規(guī)則;2018年3月5日發(fā)布文件編碼為工信部聯(lián)節(jié)函（2018）68號《關于開展新能源汽車動力蓄電池回收利用試點工作的通知》中點名中國鐵塔為梯次利用試點企業(yè);2018年7月23日發(fā)布文件編碼為工信部聯(lián)節(jié)（2018）134號《關于做好新能源汽車動力蓄電池回收利用試點工作的通知》中點名20個省市開展試點工作。

國家在宏觀層面是主張動力電池進行梯次利用然后再進行資源化回收利用;在動力電池的梯次利用和回收上落實主體責任，即由整車生產(chǎn)企業(yè)和電池生產(chǎn)企業(yè)作為回收的主體，各自回收各自生產(chǎn)的新能源汽車和動力電池。不斷完善動力電池梯次利用和回收的體系，并開展試點工作;不斷完善行業(yè)規(guī)范，制定相關標準和文件法規(guī)。

4 梯次利用的困境

一是，從當前回收的動力電池的數(shù)據(jù)來看，退役動力電池的生產(chǎn)企業(yè)眾多、電池型號不一。由于不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的電池包的生產(chǎn)技術不同，電池包的拆解的方式就變得多種多樣。由于型號和生產(chǎn)企業(yè)眾多，拆解后的電池單體再重新成組的難度就會加大，電池單體間的差異會影響電池系統(tǒng)的的性能和安全。

二是，從動力電池的試驗室數(shù)據(jù)來看，動力電池的容量減少20%大約需要2000次循環(huán)，從20%到80%大約需要500次循環(huán)。例如動力電池的生命周期為500個循環(huán)，當動力電池使用了500次后，雖然其各項性能指標良好，剩余可用容量為電池可用容量的80%以上。但是如果繼續(xù)使用，其可用容量就會急劇減小，而且三元電池減小的趨勢更快。也就是說退役的動力電池如果用作梯次利用，由于其壽命很短，經(jīng)濟性不好。

三是，從車用動力電池到梯次利用的過程中的一個重要環(huán)節(jié)是對動力電池進行測試標定，需要在保證安全性的基礎上，盡可能的將差異性最小的電池單體組合在一起。而這個測試標定過程是必不可少的，但又會使得電池的梯次利用的成本增高。

5 梯次利用的前景

從這幾年的動力電池市場來看，國內(nèi)幾家主要的電池生產(chǎn)企業(yè)幾乎壟斷了整個市場的裝機量。以2018年為例：寧德時代以23.52GWh排名第一，市占率41.3%;比亞迪裝機11.44GWh，市占率20.1%;排名第3到7名分別為國軒高科（3.09Gwh）、力神（2.07GWh）、孚能（1.90Gwh）、比克（1.74Gwh）、億緯鋰能（1.27GWh）。前七名約占裝機量的80%。而且隨著時間的推移，動力電池的市場占有率只會越來越集中。根據(jù)2018年的裝機量數(shù)據(jù)以及對未來動力電池市場的占有率來看，隨著時間的推移，退役動力電池的原生產(chǎn)企業(yè)也會越來越集中，型號也會減少。這樣就會使得動力電池梯次利用的拆解和重新組裝變得簡單，可以更方便的進行分類，更方便的進行二次組裝，更方便的對同一批次、同一類型的電池進行檢測標定，也能夠應用于更多的場合中，同時對于電池的資源回收利用也變得更便捷，梯次利用的成本也會降低。

隨著近幾年技術的不斷進步，車用動力電池的使用壽命變得越來越長，動力電池性能的衰減過程變得越來越均勻，容量從100%衰減到80%與容量從80%衰減到20%所需要的壽命循環(huán)基本一樣。而且處于生命周期末期的動力電池的安全性也能得到保障，尤其是磷酸鐵鋰電池，當日處于生命周期末期以后，使用過程依然十分安全。從目前梯次利用的案例來看，儲能用電池是比較符合動力電池梯次利用的要求的，而且儲能的市場也足夠消化退役的動力電池。中國鐵塔將動力電池梯級利用于通信基站的備用電源，取得了巨大的成功[5]。對該項目的各種資料進行全方位分析后發(fā)現(xiàn)，通信基站的備用電源在大部分的時間里都是不放電的。因此當退役的動力電池用作通信基站的備用電源時，在長達幾年的時間里也不用經(jīng)歷幾百次的充放電循環(huán)，這樣就延緩了退役動力電池的使用壽命。

動力電池梯次利用的安全性和使用壽命對梯次利用來說十分重要。只有知道了電池的安全性和使用壽命才能夠更好的使用退役的動力電，發(fā)揮其剩余價值，應用到合適的場所中去。隨著這幾年行業(yè)規(guī)范的不斷完善、相關體系的建立、標準的制定，使得退役動力電池的檢測標定變得更加規(guī)范化和專業(yè)化。另外國家要求構(gòu)建新能源汽車國家監(jiān)測與動力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺，平臺以電池生產(chǎn)時的編碼為信息載體，一直到電池死亡進行全生命周期的追溯和數(shù)據(jù)記錄。這樣就使得退役動力電池在檢測標定前可以清楚的知道其所有情況，同時也更方便對同一型號、同一批次的電池進行檢測標定，這樣就能降低電池梯次利用過程中的成本。目前對于動力電池的回收，國家將落實誰生產(chǎn)誰回收的主體責任[6]，這樣就會使得電池的梯次利用更加同類化同質(zhì)化，使得退役動力電池的檢測標定變得更加方便和快捷，也會降低檢測標定的成本，最終使得梯次利用的成本降低。隨著動力電池梯次利用過程檢測標定試驗數(shù)據(jù)的積累，有理由相信以后能夠根據(jù)電池的生產(chǎn)企業(yè)、型號、使用過程等參數(shù)直接對退役電池的安全性和使用壽命進行預測。

6 梯次利用電池的測試評價工作

退役車用動力電池的回收主要分為三步：首先建立回收網(wǎng)絡，將退役的動力電池進行回收、拆解、分型號分批次的歸總;然后對回收的電池進行詳細的評估，根據(jù)評估的數(shù)據(jù)決定電池是進行梯次利用還是回收;初步評估后的電池，對于回收的電池進行拆解和化學處理，對于梯次利用的電池，需要對其進一步的評估，根據(jù)評估的數(shù)據(jù)決定應用場所。

對于動力電池回收第二步的測試評價工作，目前還未取得階段性的進展。同時動力電池回收第三步中的評估工作也需要對退役的動力電池進行測試評價。退役的動力電池的測試評價工作十分重要。如果不事先對動力電池進行測試評價，則會讓具有剩余價值的動力電池不能發(fā)揮其剩余價值就直接用于資源回收。另外如果不對退役動力電池的安全性進行測試評價，有可能會導致安全事故;如果不對退役動力電池的使用壽命進行測試評價，就將這些電池進行梯次利用，不僅不能發(fā)揮退役動力電池的剩余價值還會造成更多的資源浪費。

因此未來電池的梯次利用，應當由第三方加測機構(gòu)，依據(jù)相關的標準對同一型號、同一批次、同樣使用環(huán)境的電池進行測試評價，主要對退役動力電池的安全性、使用壽命進行測試評價，最后根據(jù)測試結(jié)果，出具評價報告，并將該份報告上傳到一個管理平臺中。這樣同一型號、同一批次、同樣使用環(huán)境的退役動力電池的梯次利用才能更安全更合理。

參考文獻：

[1]楊見青，關杰，梁波，等.我國廢棄磷酸鐵鋰電池的資源化研究[J].環(huán)境工程，2017，35（2）：127～132.

[2]朱國才，何向明.退役鋰離子動力電池的拆解及梯次利用[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2017（9）： 43～46.

[3]賈曉峰，馮乾隆，陶志軍，等.動力電池梯次利用場景與回收技術經(jīng)濟性研究[J].汽車程師，2018（6）：14-19.

[4]陶志軍，賈曉峰.中國動力電池回收利用產(chǎn)業(yè)商業(yè)模式研究[J].汽車工業(yè)研究，2018（10）：33-40.

[5]世宏.梯次電池在通信基站儲能系統(tǒng)的應用[J].中國新通信，2019（1）：1.

[6]王攀，李龍輝，徐樹杰.基于生產(chǎn)者責任延伸制度的動力蓄電池回收利用管理制度研究[J].中國資源綜合利用，2018（10）：78-80.