動(dòng)力電池梯次利用可行性及其應(yīng)用場(chǎng)景

趙小羽 黃祖朋 胡慧婧

摘 要：隨著新能源汽車行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，未來(lái)幾年將會(huì)有大量的新能源汽車動(dòng)力電池退役，如何對(duì)這些退役電池進(jìn)行合理有效的處置成為了社會(huì)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)?；诖?，文章對(duì)退役動(dòng)力電池的電性能進(jìn)行了研究，證實(shí)了退役動(dòng)力電池進(jìn)行梯次利用的可行性。在此基礎(chǔ)上，文章進(jìn)一步提出了梯次利用可能的應(yīng)用場(chǎng)景，為新能源汽車退役動(dòng)力電池的市場(chǎng)挖掘及價(jià)值最大化利用提供了思路。

關(guān)鍵詞：新能源;動(dòng)力電池;退役電池;梯次利用;應(yīng)用場(chǎng)景

中圖分類號(hào)：U469.7 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）12-25-03

Abstract： With the sustainable and stable development of the new energy vehicle industry， a large number of new energy vehicle power batteries will be decommissioned in the next few years. How to deal with these decommissioned batteries reasonably and effectively has become the focus of social attention. Based on this， the paper studies the electrical performance of decommissioned power batteries， and confirms the feasibility of using decommissioned power batteries in cascade. On this basis， this paper further proposes the possible application scenarios of cascade utilization， providing ideas for discovering the market and maximizing the value of retired power batteries of new energy vehicles.

Keywords： New energy; Power battery; Retired batteries; Repurposing; Application scenarios

CLC NO.： U469.7 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）12-25-03

引言

在政府的大力支持和推動(dòng)下，近10多年來(lái)中國(guó)的新能源汽車行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。在未來(lái)的十幾年里，中國(guó)的新能源汽車行業(yè)仍將處于發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇期[1]。新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，也帶動(dòng)了上下游行業(yè)的蓬勃發(fā)展，最為顯著的是動(dòng)力電池行業(yè)[2]。目前，我國(guó)的動(dòng)力電池產(chǎn)銷量已經(jīng)位列全球第一，動(dòng)力電池的設(shè)計(jì)及制造技術(shù)也處于全球領(lǐng)先地位，電池的電性能及制造成本有著巨大的優(yōu)勢(shì)。盡管如此，當(dāng)前我國(guó)動(dòng)力電池的采購(gòu)成本仍然占據(jù)了整車成本的30%～50%，如何進(jìn)一步降低其使用成本成為了新能源汽車企業(yè)的燃眉之急[3]。動(dòng)力電池進(jìn)行梯次利用，滿足不同的場(chǎng)景使用需求，從多方面、多層次、最大化地挖掘動(dòng)力電池的價(jià)值，降低其在新能源汽車上的使用成本，成為了車企重點(diǎn)關(guān)注的焦點(diǎn)。本文即是在此背景下開(kāi)展研究工作，探索動(dòng)力電池從新能源汽車上退役后繼續(xù)梯次利用的可行性，并分析其可能的應(yīng)用場(chǎng)景。

1 退役動(dòng)力電池現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)的新能源汽車產(chǎn)銷量已經(jīng)連續(xù)多年蟬聯(lián)了世界冠軍。截止到2018年底，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量分別為127萬(wàn)輛和125.6萬(wàn)輛。同比分別增長(zhǎng)59.9%和61.7%。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)的純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車的生產(chǎn)能力將達(dá)277萬(wàn)輛。伴隨著新能源汽車的快速發(fā)展，從2012開(kāi)始，我國(guó)鋰離子電池年產(chǎn)量逐年上升。進(jìn)入2018年后，在電動(dòng)汽車快速增長(zhǎng)的帶動(dòng)下，我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)量呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)[4]，達(dá)到了70GWh的規(guī)模（圖1A）。2019年我國(guó)新能源汽車動(dòng)力電池裝機(jī)量約為95.9GWh，相比2018年，同比增長(zhǎng)約37%。預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)動(dòng)力電池市場(chǎng)需求將達(dá)126.8GWh。受限于動(dòng)力電池的循環(huán)壽命，未來(lái)幾年，動(dòng)力電池將會(huì)逐步退役，報(bào)廢的動(dòng)力電池?cái)?shù)量極為龐大[5]。預(yù)計(jì)到2020年，報(bào)廢量將達(dá)9.6GWh（圖1B），約14.9萬(wàn)噸;到2025年，動(dòng)力電池報(bào)廢量將達(dá)52.4GWh，約60.2萬(wàn)噸。大量的退役電池給梯次利用行業(yè)帶來(lái)了契機(jī)[6]。

2 退役動(dòng)力電池的電性能分析

2012年前生產(chǎn)出來(lái)的動(dòng)力電池電性能相對(duì)較差。本文選取了一批從“十城千輛工程”中的大巴車上退役下來(lái)的動(dòng)力電池進(jìn)行分析，這些動(dòng)力電池在大巴車上運(yùn)行了將近3年的時(shí)間。其剩余電性能如表1所示：

從上表的測(cè)試數(shù)據(jù)可知，退運(yùn)電池的電性能普遍降低，可用容量下降25%-45%，內(nèi)阻增大1-2倍，充放電倍率小于0.5C，低溫充放電性能較差。盡管如此，這些退役動(dòng)力電池在容量保持率、充放電效率等方面還有不錯(cuò)的性能，可以用于一些工況比較溫和、淺充淺放、工作環(huán)境在在0℃以上的場(chǎng)景中。

近些年來(lái)，隨著我國(guó)動(dòng)力電池在材料性能、制造工藝、電池一致性、循環(huán)壽命、能量密度、安全性等方面取得重大突破，退役動(dòng)力電池的電性能得到了巨大的提升。本文對(duì)某款18650型磷酸鐵鋰動(dòng)力電池進(jìn)行循環(huán)壽命測(cè)試，如圖2所示，在室溫下以0.5C進(jìn)行充電、1C進(jìn)行放電，充放電截止電壓分別為4.2V和2.75V。當(dāng)動(dòng)力電池的可用用量降低至初始容量的80%時(shí)，循環(huán)壽命為1200次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了新能源汽車對(duì)動(dòng)力電池的循環(huán)壽命要求（國(guó)家對(duì)于新能源汽車的質(zhì)保要求為8年或12萬(wàn)km內(nèi)動(dòng)力電池的衰減不超過(guò)20%，以新能源汽車平均續(xù)駛里程為300km來(lái)計(jì)算，12萬(wàn)km相當(dāng)于400次的循環(huán)壽命）。