淺談退役動(dòng)力電池綜合利用方法和發(fā)展路徑

褚兵，楊厚東

（安徽巡鷹新能源集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

隨著中國(guó)新能源汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，各種車用動(dòng)力電池也將迎來呈指數(shù)增長(zhǎng)的退役浪潮。2020年全年動(dòng)力電池回收量已達(dá)26.69GWh，截至2021年9月底，我國(guó)新能源汽車?yán)塾?jì)總產(chǎn)量超770萬輛，動(dòng)力蓄電池累計(jì)配套量約360GWh，據(jù)預(yù)測(cè)，至2025年動(dòng)力蓄電池累計(jì)退役量將超120萬噸[1]。解決好動(dòng)力蓄電池回收問題，有利于與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展、緩解戰(zhàn)略資源約束、保障產(chǎn)業(yè)安全。所以面對(duì)如此廣闊的市場(chǎng)前景，退役動(dòng)力電池的回收和梯次利用行業(yè)逐漸吸引了各個(gè)領(lǐng)域的炙熱目光，不論是政府還是企業(yè)，都希望能夠把握住這一市場(chǎng)浪潮，在這條前景廣闊的賽道上爭(zhēng)得先機(jī)。

1 動(dòng)力電池回收及梯次利用的意義

首先，從研究動(dòng)力電池回收與梯次利用的意義上來看，中國(guó)已經(jīng)是全世界最大的動(dòng)力電池交易市場(chǎng)，面對(duì)如此大量的動(dòng)力電池的集中退役，進(jìn)行動(dòng)力電池回收與梯次利用的工作，不管是從經(jīng)濟(jì)效益還是環(huán)境效益的角度來看，都具有重大的必要性與現(xiàn)實(shí)意義。

電池回收有著巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在目前上游材料生產(chǎn)成本持續(xù)增加的情形下，三元及磷酸鐵鋰電池回收的價(jià)值體現(xiàn)相對(duì)提高。比如三元電池拆解后可以做銅、鈷、鎳等金屬資源回收，按含有色金屬價(jià)值量計(jì)算，明年中國(guó)國(guó)內(nèi)的動(dòng)力電池回收市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)數(shù)百億元，并且在未來還會(huì)隨新能源行業(yè)的發(fā)展而不斷擴(kuò)大。

此外，從環(huán)境安全視角考慮，由于廢舊動(dòng)力能源電池中包含大量各種重金屬物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)、電解質(zhì)，泄露產(chǎn)生的廢液和燃燒后產(chǎn)生的廢氣，都會(huì)對(duì)生存環(huán)境和人類健康帶來負(fù)面影響，增大環(huán)境保護(hù)、污染防治工作的難度和壓力。所以進(jìn)行動(dòng)力電池退役處理和梯次利用工作，也是一個(gè)很重要的生態(tài)建設(shè)任務(wù)，符合國(guó)家環(huán)保政策及推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的要求。

2 先梯次利用后回收利用的原則

國(guó)家多部委聯(lián)合出臺(tái)的《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》中提出，廢舊動(dòng)力蓄電池的利用應(yīng)遵循先梯次利用后再生利用的原則。動(dòng)力電池的性能衰減問題無論從理論上還是實(shí)踐上都是不可避免的，當(dāng)電池發(fā)生衰減后直接給報(bào)廢掉，哪怕是直接對(duì)其進(jìn)行資源回收，從現(xiàn)實(shí)的角度上講，都存在一定的浪費(fèi)。國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池的產(chǎn)能面對(duì)不斷上漲的需求量已經(jīng)感受到了壓力，而從全球來看動(dòng)力電池供需缺口都在持續(xù)擴(kuò)大，甚至可能在未來出現(xiàn)“電池荒”現(xiàn)象。如果不對(duì)動(dòng)力電池加以梯次利用，不僅是增加了其運(yùn)用成本，降低了其性價(jià)比，同時(shí)也會(huì)進(jìn)一步加重動(dòng)力電池供需不平衡的現(xiàn)象。性能衰減后的動(dòng)力電池可以通過重新篩選、測(cè)試、分容、配組等環(huán)節(jié)后，使用在其它相對(duì)來說對(duì)電池性能要求較低的領(lǐng)域，比如低速電動(dòng)自行車、家用備用電源等。但如果動(dòng)力電池的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)衰減到無法開展梯次利用時(shí)，則必須進(jìn)行拆解處理，或者作為回收資源處置

3 動(dòng)力電池梯次利用的模式探索

過去幾年我國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，雖然可梯次利用的電池?cái)?shù)量迅速增多，但是很多梯次利用企業(yè)或者是動(dòng)力電池回收企業(yè)并沒有做好前期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和跟蹤工作。加上退役電池的性能和規(guī)格參差不齊，不同廠家或需求商可能提供各種不同標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)要求，很大程度上增加了對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)存梯次利用電池的數(shù)量規(guī)模、質(zhì)量、流向等問題的調(diào)研難度[2]。目前梯次利用的市場(chǎng)規(guī)范程度已經(jīng)比前些年進(jìn)步了很多，但是相關(guān)政策還是處于一個(gè)實(shí)驗(yàn)探索階段，所以國(guó)內(nèi)與動(dòng)力電池梯次利用相關(guān)的大規(guī)模項(xiàng)目也都還是在一個(gè)探索階段。

從行業(yè)角度來說，磷酸鐵鋰電池比三元電池在梯次利用領(lǐng)域更加有發(fā)展前景這一行業(yè)共識(shí)，是由于電池自身性質(zhì)決定的。磷酸鐵鋰電池雖然沒有三元電池的回收價(jià)值高，但其耐高溫、使用壽命長(zhǎng)，耐過沖、過放、過壓等性質(zhì)，使它在梯次利用以及電力儲(chǔ)能行業(yè)會(huì)更有優(yōu)勢(shì)。隨著電池性能的提升以及成本大幅下降趨穩(wěn)，現(xiàn)有及未來動(dòng)力電池梯次利用的價(jià)值大大提高，國(guó)內(nèi)企業(yè)在電池回收和梯次利用領(lǐng)域的布局愈加明確。2018年年初，中國(guó)鐵塔與重慶長(zhǎng)安、比亞迪、銀隆等16家新能源企業(yè)，簽約《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用戰(zhàn)略合作伙伴協(xié)議》探索動(dòng)力電池梯次利用的模式。

梯次利用不僅能從商業(yè)模式上進(jìn)一步降低電池成本，同時(shí)儲(chǔ)能電池成本的降低，也能推動(dòng)更多的儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景和市場(chǎng)[3]。不同儲(chǔ)能場(chǎng)景對(duì)電池要求不一樣，所以退役動(dòng)力電池梯次利用適用的場(chǎng)景和商業(yè)模式是下一個(gè)需要摸索的難題，國(guó)外梯次利用的創(chuàng)新嘗試對(duì)剛剛起步的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有很大的借鑒意義[4]。

4 動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)難點(diǎn)

首先動(dòng)力電池梯次利用的一個(gè)研究重點(diǎn)，就是如何保證梯次利用后的動(dòng)力電池能夠在使用壽命和電池性能上滿足下一批客戶的需求。質(zhì)量不合格的梯次利用電池同樣也是無法進(jìn)入市場(chǎng)的，無法起到預(yù)想中提升動(dòng)力電池使用性價(jià)比的作用。

目前在處理動(dòng)力電池的梯次利用時(shí)，首先進(jìn)行的第一步就是對(duì)電池的剩余壽命進(jìn)行檢測(cè)，可以說壽命預(yù)測(cè)是開展梯次利用技術(shù)的第一關(guān)。而且這一關(guān)的難點(diǎn)在于電池的充放電過程作為一個(gè)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的過程，整體上不易把控。在不同的地區(qū)和狀態(tài)下，電池的消耗速率并不一樣，甚至?xí)谕粫r(shí)間退役的同一批電池中出現(xiàn)不同的衰減速率。

現(xiàn)在較為普遍的壽命預(yù)測(cè)過程主要分為以下幾個(gè)階段。首先是最基礎(chǔ)的外觀分析階段，主要是通過檢查電池的外觀是否有鼓包、膨脹、漏液等現(xiàn)象。存在此現(xiàn)象的電池將直接作為回收資源處理，而外觀無異常的電池就可以進(jìn)入充放電測(cè)試階段。通過測(cè)試得到電池的電壓、電阻、電池容量等數(shù)據(jù)，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)后符合各項(xiàng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求的電池則可以進(jìn)入下一階段。在這一階段里會(huì)對(duì)電池進(jìn)行進(jìn)一步的分類和分級(jí)[5]。所以即使是梯次利用電池，它在行業(yè)內(nèi)也是有相應(yīng)的質(zhì)量等級(jí)區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)的。并且不同等級(jí)的電池會(huì)應(yīng)用在不同的場(chǎng)景下，同級(jí)電池間由于具有相似的性能，通常是被組成模組來進(jìn)入合適的應(yīng)用場(chǎng)景。

5 動(dòng)力電池回收及梯次利用的路徑

動(dòng)力電池的回收主要采用的是電池拆解材料回收，通過對(duì)電池進(jìn)行破碎，生成正極粉末、負(fù)極粉末，再將其中的相關(guān)金屬進(jìn)行回收。電池的電極材料不同，回收后的產(chǎn)物也不同。在這個(gè)過程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生一定的環(huán)境污染問題，所以國(guó)家對(duì)于從事電池拆解行業(yè)的人員資格、進(jìn)行拆解的場(chǎng)地環(huán)境等要求都在不斷地完善和提高。

梯次利用方面目前著重發(fā)展的一點(diǎn)是進(jìn)一步發(fā)揮大數(shù)據(jù)追溯系統(tǒng)平臺(tái)的作用。以新能源汽車國(guó)家監(jiān)測(cè)與動(dòng)力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺(tái)為例，截至2021年8月底，平臺(tái)接入電池包共計(jì)1018.94萬包，電量合計(jì)超300GWh。完善全面的大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建立是第一步，推廣及應(yīng)用是第二步，從中獲取數(shù)據(jù)來對(duì)整個(gè)梯次利用市場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、掌握市場(chǎng)宏觀情況，避免尚未完全成熟的市場(chǎng)陷入混亂或盲目之中則是進(jìn)一步的目標(biāo)。

大數(shù)據(jù)追溯系統(tǒng)應(yīng)該建立從電芯到電池包到車載動(dòng)力電池運(yùn)行過程的全監(jiān)控。每一個(gè)電芯都有其唯一的代碼，可以通過代碼找到其初始設(shè)計(jì)信息和生產(chǎn)信息，這是能夠建立大數(shù)據(jù)追溯平臺(tái)的基礎(chǔ)條件。在后續(xù)的電芯加工過程中，不論被加工成模組還是電池包，只要能夠在這個(gè)過程中持續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)監(jiān)控不間斷，就能夠通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從成品反向追溯到基礎(chǔ)電芯環(huán)節(jié)的溯源功能。

6 目前主要的動(dòng)力電池回收模式

對(duì)于無法進(jìn)行梯次利用的報(bào)廢電池，就要通過技術(shù)手段進(jìn)行拆解回收。2018年2月，國(guó)家工信部牽頭的七部委發(fā)布《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，具體指出了實(shí)施生產(chǎn)者負(fù)責(zé)延伸機(jī)制，把車輛制造企業(yè)置于負(fù)責(zé)的第一位，同時(shí)也引導(dǎo)整車企業(yè)、電池生產(chǎn)企業(yè)、回收企業(yè)等聯(lián)合起來，共建收集渠道。目前很多相關(guān)的大型企業(yè)間都主動(dòng)建立起了合作關(guān)系，如寧德時(shí)代與邦普、格林美與比亞迪以及東風(fēng)。另一種常見的處理模式則是交給第三方回收，使得這一領(lǐng)域也逐漸出現(xiàn)了一些上規(guī)模的企業(yè)。

此后工信部又于2019年10月31日發(fā)布《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)指南》，提出新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及梯次利用企業(yè)在銷售區(qū)域內(nèi)，可以通過自建、共建、授權(quán)等方式建立回收服務(wù)機(jī)構(gòu)。目前國(guó)內(nèi)超過新能源汽車總產(chǎn)量90%的企業(yè)，已經(jīng)開展了不同程度的回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)。

7 結(jié)語

2021年8月27日，工信部等五部門聯(lián)合印發(fā)《新能源汽車動(dòng)力蓄電池梯次利用管理辦法》，明確了梯次產(chǎn)品生產(chǎn)、使用、回收等全過程的管理要求，指明了梯次產(chǎn)品應(yīng)用方向，為梯次利用行業(yè)規(guī)范化發(fā)展奠定了重要的政策基礎(chǔ)；2021年4月29日，動(dòng)力蓄電池“共建共享”回收服務(wù)體系正式啟動(dòng)，納入43個(gè)回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，集中覆蓋北京、上海等26個(gè)地級(jí)市，開始探索更加低成本、高成效的回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)方法?？梢钥闯鲭m然目前在整個(gè)電池梯次利用和電池回收行業(yè)還存在著很多問題，例如法規(guī)約束力不足、安全環(huán)保等強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)缺位、跨部門協(xié)同監(jiān)管機(jī)制不成熟等等。但在政府各級(jí)部門的政策扶持和廣大電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的共同努力下，通過借鑒國(guó)內(nèi)外的成功經(jīng)驗(yàn)，一定會(huì)形成更加完善、更加科學(xué)、能夠?qū)崿F(xiàn)綜合利用的動(dòng)力電池回收和梯次利用產(chǎn)業(yè)鏈。