新能源汽車動力電池回收模式探究

陳小長

摘 要：本文通過闡述總結(jié)我國現(xiàn)階段新能源汽車動力電池發(fā)展的重點(diǎn)，分析提煉出新能源汽車動力電池回收的意義及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建出新能源汽車動力電池回收路線，對新能源汽車動力電池的回收模式進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 動力電池 回收模式 回收渠道

1 引言

動力電池是新能源汽車的核心總成，關(guān)系到新能源汽車的安全性、動力性、經(jīng)濟(jì)性續(xù)駛里程壽命與充電方便性等。動力電池的發(fā)展仍以保證電池可靠性和安全性，提高電池比能量、比功率，降低成本為主要目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)動力電池的性能升級，提升動力電池智能制造水平，研發(fā)動力電池回收再利用技術(shù)，是目前動力電池主要的發(fā)展方向。

2 新能源汽車動力電池發(fā)展重點(diǎn)

2.1 動力電池新材料、新體系

開展鋰硫電池、全固態(tài)電池、金屬空氣電池等下一代電池技術(shù)的研究。研究開發(fā)具有良好導(dǎo)電性和穩(wěn)定性的正極材料。制備高安全性、高穩(wěn)定性、循環(huán)性能好的金屬合金負(fù)極。開發(fā)高電導(dǎo)、寬電化學(xué)窗口和高熱穩(wěn)定性的新型液態(tài)電解質(zhì)、聚合物固體電解質(zhì)和無機(jī)硫化物固體電解質(zhì)。降低電池的內(nèi)阻，提高充放電效率，研究新體系電池設(shè)計及制備工藝。

2.2 動力電池安全性及長壽命技術(shù)

探究電池?zé)崾Э貦C(jī)理、熱失控誘因和電池最大產(chǎn)熱來源，開發(fā)具有針對性的安全技術(shù)，顯著提高電池單體安全性。研究高比能量電池壽命失效機(jī)制。研究抑制正、負(fù)極材料及電極結(jié)構(gòu)劣化技術(shù)。研究新型正、負(fù)極材料體系電池的長壽命電化學(xué)匹配技術(shù)等。

2.3 動力電池設(shè)計及仿真技術(shù)

研究電池單體設(shè)計開發(fā)技術(shù)?；陔娀瘜W(xué)模型，研究電池單體電、熱耦合仿真技術(shù)及壽命、安全性仿真技術(shù)。開展電池單體及電池系統(tǒng)在全壽命周期下的整車等效使用仿真技術(shù)研究。

2.4 動力電池及其關(guān)鍵材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究

開發(fā)新型高比能量動力電池關(guān)鍵正、負(fù)極材料制備技術(shù)，開展新型動力電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究、智能制造技術(shù)研究。

2.5 動力電池系統(tǒng)及控制技術(shù)

研究電池成組和電池控制等技術(shù)。研究動力電池不一致性演化機(jī)理和控制方法。從電池單體、電池模組、電池包幾個層面開展機(jī)、電、熱安全設(shè)計研究，構(gòu)建電池管理系統(tǒng)的安全策略?；谙到y(tǒng)安全思想，對熱失控原理、過程和防控方法開展系統(tǒng)性研究。開展基于整車需求的電池包設(shè)計、電池系統(tǒng)安全性在線監(jiān)測、安全策略集成、安全性測試驗(yàn)證等。

2.6 動力電池測試分析技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)體系

研究動力電池關(guān)鍵材料、單體電池的測試評估技術(shù)，研究電池老化過程中的電池性能衰減機(jī)理，研究電池?zé)岱€(wěn)定性的表征技術(shù)，研究動力電池安全性測試評價方法等。完善動力電池尺寸規(guī)格、電性能、可靠性及安全性、電池回收利用等標(biāo)準(zhǔn)體系。

2.7 動力電池梯次利用及資源回收技術(shù)

研究電池可靠性、安全性評估技術(shù)，以及電池使用壽命預(yù)測技術(shù)。建立電池編碼制度及相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。研究梯次利用電池結(jié)構(gòu)設(shè)計及管理系統(tǒng)開發(fā)。研究廢舊電池分級梯次利用系統(tǒng)。研究專用拆解及相關(guān)材料回收設(shè)備。測試一拆解一深度破碎技術(shù)，以及金屬元素復(fù)雜溶液提純與循環(huán)利用。

3 新能源汽車動力電池回收的現(xiàn)實(shí)意義

3.1 環(huán)保和人類健康訴求

廢舊動力電池環(huán)境危害大，不經(jīng)回收處理將造成嚴(yán)重污染。動力鋰離子電池雖不含鉛、鎘、汞等重金屬污染物，但報廢的動力鋰離子電池對環(huán)境仍有明顯危害性。這不僅僅對環(huán)境造成影響，不滿足環(huán)保的訴求，而且可能還會對人類健康造成一不可逆的危害，可能成為各類嚴(yán)重疾病的誘因，大大危害社會的穩(wěn)定。

3.2 戰(zhàn)略價值

我國已探明鈷、鎳資源儲備量分別僅為 8萬噸和280 萬噸，占世界總儲量的比重極低。并且我國鋰資源實(shí)際供應(yīng)能力較弱，對外依存度高。我國動力電池再生利用企業(yè)對鈷鎳錳的綜合回收率應(yīng)不低于 98%，鋰的回收率不低于85%，金屬回收率已經(jīng)達(dá)到了較高水平。

3.3 經(jīng)濟(jì)性

廢舊動力電池的資源性強(qiáng)，再生利用的價值高。退役后的鋰離子動力電池的正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)等電池材料中仍含有大量的有價金屬（鋰、鎳、鈷、錳、鋁、銅等）和其他可再生利用成分（石墨等），蘊(yùn)藏的資源品類豐富，仍具備極高的再生利用價值。其中正極材料的資源價值最高，為再生利用的主要對象。

4 新能源汽車動力電池梯級利用及資源回收技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

4.1 動力電池梯級利用發(fā)展現(xiàn)狀

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，需要考慮動力電池使用壽命終結(jié)后，動力電池的梯級利用及回收處理等問題。動力電池梯級利用是指車用動力電池的性能衰減到一定程度，達(dá)到了壽命終止的條件（通常為動力電池額定容量的70%～80%），但可以滿足電動汽車外的其他應(yīng)用領(lǐng)域的性能要求，因此動力電池的梯級利用具有很大的可行性和潛在的市場空間，如用于風(fēng)/光儲能、智能電網(wǎng)的削峰填谷、偏遠(yuǎn)地區(qū)分布式供電、通信基站的后備電源以及家庭電能調(diào)節(jié)等領(lǐng)域。

目前，動力電池的梯級利用在國內(nèi)外均處于研發(fā)及示范驗(yàn)證階段。國家電網(wǎng)公司及其下屬公司開展了電動汽車動力電池梯級利用技術(shù)研究與示范，對動力電池的高效梯級利用進(jìn)行了初步探索。動力電池的梯級利用要深入考慮電池二次使用的相關(guān)領(lǐng)域，不同應(yīng)用對電池使用的技術(shù)要求、電池使用的產(chǎn)品設(shè)計設(shè)評價等，建立動力電路回收處理的標(biāo)準(zhǔn)體系已成為迫切需要解決的同題，包括回收電池的分速和配組體系的建立、電池回收處理標(biāo)準(zhǔn)流程的形成。對動力電池梯級利用的研究也會促進(jìn)動力電池生產(chǎn)和設(shè)計的完善，如動力電池單體及模塊的規(guī)格化和標(biāo)準(zhǔn)化，以及一致性的提升等。

4.2 動力電池回收管理發(fā)展現(xiàn)狀

國外已形成比較完善的電池回收管理體系，但對近年出現(xiàn)的電動汽車動力電池和未來規(guī)?；瘍δ茈姵厝匀狈厥战?jīng)驗(yàn)和技術(shù)。我國電池回收企業(yè)對含鎳及鈷的鋰離子動力電池（如鎳鈷錳和鎳鈷鋁等）的處理技術(shù)基本成熟，但在安全高效拆解、電解液溶劑的高效收集及廢液廢氣處理等環(huán)節(jié)仍需進(jìn)一步改進(jìn)。對于不含鎳及鈷的動力電池（如磷酸鐵鋰和錳酸鋰等），目前全世界范圍內(nèi)尚未有經(jīng)濟(jì)可行的回收技術(shù)及方案。

目前，我國電池回收利用管理體系仍不健全，主要表現(xiàn)在針對電池回收、運(yùn)輸、拆解和綜合利用等環(huán)節(jié)尚無具體的法規(guī)及實(shí)施細(xì)則，缺乏相關(guān)的管理制度和經(jīng)濟(jì)激勵制度，導(dǎo)致廢舊電池回收行業(yè)無序競爭以及回收過程中的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)等現(xiàn)象十分嚴(yán)重，直接影響了電池回收行業(yè)的發(fā)展。

5 新能源汽車動力電池回收路線構(gòu)建

5.1 預(yù)期目標(biāo)

（1）到2023年，開發(fā)動力電池單體、動力電池模組、動力電池包的自動化拆解技術(shù)，研發(fā)動力電池單體自動化拆解設(shè)備，實(shí)現(xiàn)銅、鐵、鋁等低值金屬的物理回收率達(dá)到70%；開發(fā)正極材料和鋰回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鎳、鈷、錳等有價金屬的化學(xué)回收率達(dá)到98.5%以上，鋰的化學(xué)回收率達(dá)到60%以上；開發(fā)石墨回收技術(shù)。

（2）到2025年，開發(fā)動力電池模組、動力電池包的自動化拆解技術(shù)，研發(fā)動力電池模塊自動化拆解設(shè)備，實(shí)現(xiàn)銅、鐵、鋁等低值金屬的物理回收率達(dá)到80%；研發(fā)正極材料和改進(jìn)鋰回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鎳、鈷、錳等有價金屬的化學(xué)回收率達(dá)到99%以上，鋰的化學(xué)回收率達(dá)到70%以上；突破石墨回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)石墨回收利用率達(dá)60%以上。

（3）到2030年，實(shí)現(xiàn)動力電池包的自動化拆解技術(shù)，研發(fā)動力電池包自動化拆解設(shè)備，實(shí)現(xiàn)銅、鐵、鋁等低值金屬的物理回收率達(dá)到95%；改進(jìn)正極材料和鋰回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鎳、鈷、錳等有價金屬的化學(xué)回收率達(dá)到99.5%以上，鋰的化學(xué)回收率達(dá)到80%以上；改進(jìn)石墨的回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)石墨回收利用率達(dá)70%以上。

5.2 差距分析

5.2.1 電池回收技術(shù)儲備不足

回收廢舊鋰離子電池安全性差，容易出現(xiàn)短路，造成局部過熱而自燃甚至爆炸；拆解過程設(shè)備的自動化程度低、處理效率不高；收集和回收技術(shù)不完善容易造成二次環(huán)境污染。

5.2.2 動力電池回收管理體系不完善

未出臺專門的動力電池回收管理規(guī)定，缺乏生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度，回收責(zé)任主體不明確。

5.2.3 實(shí)現(xiàn)路徑

建立動力電池回收體系的標(biāo)準(zhǔn)體系，包括全國統(tǒng)一的動力電池信息編碼標(biāo)準(zhǔn)、動力電池管理系統(tǒng)的統(tǒng)一通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)等，推動動力電池回收利用的關(guān)鍵技術(shù)。

6 新能源動力電池回收模式的構(gòu)建

6.1 第三方回收模式

第三方回收企業(yè)作為電池回收主體，自主建立回收網(wǎng)絡(luò)完成從電池回收到資源化利用全過程的商業(yè)模式。以格林美為回收代表企業(yè)進(jìn)行分析：格林美注重回收網(wǎng)絡(luò)和產(chǎn)業(yè)合作生態(tài)建設(shè)，同時致力于打造新能源全生命周期價值鏈，在動力電池回收業(yè)務(wù)領(lǐng)域建立起了產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢。

關(guān)鍵成功要素一：保障資源渠道，構(gòu)建回收網(wǎng)絡(luò)

公司通過深化產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同發(fā)展不斷拓寬渠道，廣泛布局回收基地，并與合作方攜手成功在南非、韓國、印尼布局動力電池回收基地、實(shí)驗(yàn)室等，預(yù)計在2023年在歐洲布局回收工廠，輻射全球。

關(guān)鍵成功要素二：打通新能源全生命周期價值鏈

為打造動力電池全生命周期價值鏈閉環(huán)，公司攻克了多項(xiàng)回收技術(shù)難題，并聚焦于新能源關(guān)鍵原料的定向循環(huán)模式，保障了新能源材料再造原料供應(yīng)體系的安全，實(shí)現(xiàn)了從廢料到原料到高端品牌產(chǎn)品的循環(huán)再造和精深加工模式。

近年來格林美電池回收產(chǎn)能及業(yè)務(wù)收入實(shí)現(xiàn)快速增長，公司將“做大回收”列入其發(fā)展戰(zhàn)略之一，伴隨電池退役潮的來臨，未來公司動力電池綜合利用規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。

6.1.1 電池回收綜合利用產(chǎn)能快速攀升

格林美動力電池回收與梯級利用量展現(xiàn)出強(qiáng)勁增長勢頭，預(yù)計2023年動力電池回收量達(dá)到3萬噸，梯次利用量接近2Gwh；目前已披露動力電池回收的產(chǎn)能設(shè)計總拆解處理能力為21.5萬噸/年，拆解再生利用規(guī)劃產(chǎn)能總量接近70萬噸/年，梯次利用產(chǎn)能規(guī)劃超11GWh。

6.1.2 電池綜合利用業(yè)務(wù)將成為增長引擎之一

公司持續(xù)深耕前沿核心技術(shù)，提前進(jìn)行技術(shù)儲備，提高動力電池綜合回收利用能力。2025年公司回收目標(biāo)是2021年回收處理量的20倍以上，隨著電池退役潮的到來，預(yù)計動力電池回收及梯次利用業(yè)務(wù)將成為公司未來營收主力貢獻(xiàn)者。

6.2 電池生產(chǎn)商回收模式

電池生產(chǎn)企業(yè)作為電池回收主體，利用渠道優(yōu)勢打造對電池材料的閉環(huán)回收與廢舊電池梯次利用的商業(yè)模式。以寧德時代為回收代表企業(yè)進(jìn)行分析：寧德時代近年來進(jìn)一步完善公司在鋰電新能源產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略布局，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)協(xié)同優(yōu)勢，前瞻性布局回收業(yè)務(wù)以增強(qiáng)公司電池材料供應(yīng)的保障。廣東邦普是目前國內(nèi)領(lǐng)先的廢舊鋰電池回收處理及高端電池材料生產(chǎn)的國家級高新科技企業(yè)之一。邦普循環(huán)總部位于廣東省佛山市，目前在全球已設(shè)立廣東佛山、湖南長沙、寧德屏南、寧德福鼎、湖北宜昌、印尼莫羅瓦利、印尼緯達(dá)貝七大生產(chǎn)基地。邦普循環(huán)“一核兩翼”的產(chǎn)業(yè)布局，助力寧德時代形成電池關(guān)鍵材料的內(nèi)部循環(huán)，提高自身供應(yīng)鏈成本優(yōu)勢。

據(jù)寧德時代統(tǒng)計，2022年第一季度，共有2.13萬噸廢舊電池被回收，并用于公司1.8萬噸電池前體的生產(chǎn)，內(nèi)循環(huán)體系優(yōu)勢將逐漸突顯。邦普一體化產(chǎn)業(yè)園的建立有利于進(jìn)一步完善寧德時代在鋰電新能源產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略布局，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)協(xié)同優(yōu)勢，保障電池材料供應(yīng)。預(yù)計2035年之后，寧德時代將能夠通過回收退役電池材料來滿足很大一部分原材料需求，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)供應(yīng)鏈。

6.3 整車企業(yè)主導(dǎo)的聯(lián)盟回收模式

產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟模式是理論上較為理想的一種商業(yè)模式，多由整車企業(yè)牽頭，運(yùn)用產(chǎn)業(yè)鏈上下游各成員企業(yè)的經(jīng)銷服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和回收技術(shù)實(shí)現(xiàn)回收業(yè)務(wù)的增效降本、減少市場惡性競爭，但在實(shí)際商業(yè)化運(yùn)營層面仍在初步嘗試階段。以比亞迪為回收代表企業(yè)進(jìn)行分析：比亞迪依托對電池核心技術(shù)的把握和電池裝機(jī)規(guī)模的優(yōu)勢，自建電池回收的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，完成產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)。依托自有品牌新能源汽車銷售放量，比亞迪的動力電池裝機(jī)量穩(wěn)步攀升，自有品牌退役電池回收即可形成規(guī)模。比亞迪在自身生態(tài)內(nèi)部打造了“電池生產(chǎn)—整車生產(chǎn)—電池回收—篩選評估—再生利用”的完整端到端的產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)。

在回收渠道方面，比亞迪在全國設(shè)有由51家專門電池回收網(wǎng)點(diǎn)和授權(quán)經(jīng)商組成的退役電池回收網(wǎng)絡(luò)。在評估篩選方面，比亞迪旗下的寶龍工廠對退役電池進(jìn)行拆解評估，選擇合適方式對電池進(jìn)行綜合再生利用，憑借對閉環(huán)價值鏈帶來的核心技術(shù)把控，實(shí)現(xiàn)高效的精細(xì)化拆解回收。

在拆解回收方面，比亞迪旗下的惠州材料工廠統(tǒng)一負(fù)責(zé)回收正極材料，此外于2015年與格林美在拆解回收方面達(dá)成了戰(zhàn)略協(xié)作。

7 結(jié)語

新能源汽車動力電池回收技術(shù)是動力電池未來發(fā)展的重點(diǎn)方向，因?yàn)樗粌H關(guān)乎到人類的健康與環(huán)境發(fā)展的需要，而且對緩解資源約束，提升經(jīng)濟(jì)性都有著重要的意義，因此如何進(jìn)一步構(gòu)建出更好更優(yōu)的動力電池回收模式顯得尤為重要。

項(xiàng)目基金：本文系2022年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“綠色發(fā)展背景下新能源汽車動力蓄電池回收模式探索與研究”（2022KY1089）研究成果。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙世佳，徐楠，喬英俊，楊波.加快我國新能源汽車動力電池回收利用的建議[J].中國工程科學(xué)，2018，20（01）：144-148.

[2]艾克.前景可觀的動力電池回收市場[J].汽車與配件，2023（02）：54-57.

[3]吳濤，董輝. 加強(qiáng)新能源汽車動力蓄電池回收利用[N]. 揚(yáng)州日報，2018-03-12（005）.

[4]陽如坤.動力電池數(shù)字化車間藍(lán)圖[J].汽車工藝師，2021（08）：55-64.

[5]王成，方凱正，郭苑，田冬蓮.5G在動力電池智能制造中的應(yīng)用趨勢[J].電池，2020，50（02）：177-178.