詹園園,劉振東,陳卓瑛

(1.惠州億緯鋰能股份有限公司,廣東 惠州 516000;2.中國電子技術標準化研究院,北京 100176)

0 引言

鋰離子電池是一種通過內(nèi)部鋰離子的嵌入和脫出過程將化學能轉(zhuǎn)化成電能的器件,目前廣泛應用于電子設備、電動工具、新能源車輛、儲能電站等領域。根據(jù)工業(yè)和信息化部的數(shù)據(jù),2022年全國鋰離子電池的產(chǎn)量在750 GWh左右。然而,一旦這些電池使用完畢,將會產(chǎn)生625萬噸的廢舊電池,如果這些電池不能得到合理處理,不僅會造成資源浪費,還會給環(huán)境和生物帶來不可估量的損害。根據(jù)工業(yè)和信息化部發(fā)布的《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件(2021年本)》[1],其中工藝技術和質(zhì)量管理條款規(guī)定,企業(yè)應依據(jù)有關政策及標準,對鋰離子電池產(chǎn)品進行編碼,并建立全生命周期的溯源體系,鼓勵企業(yè)應用主動溯源技術。動力鋰離子電池因其在新能源汽車領域的應用而成為國家發(fā)展規(guī)劃的重要領域。在發(fā)展初期,已陸續(xù)完善了動力電池回收體系和相關溯源研究[2,3],包括行業(yè)規(guī)范、回收網(wǎng)點、溯源管理等政策,其中《新能源汽車動力蓄電池回收利用溯源管理暫行規(guī)定》[4]全面規(guī)定了各環(huán)節(jié)企業(yè)主體應承擔的責任,包括動力電池編碼規(guī)則的統(tǒng)一、動力電池編碼的備案以及整車的關聯(lián)等。該規(guī)定要求對電池從生產(chǎn)、銷售、使用到報廢等過程進行信息采集,以確保全生命周期的信息追溯?！缎履茉雌噭恿π铍姵鼗厥绽盟菰垂芾頃盒幸?guī)定》自2018年開始生效,在執(zhí)行過程中有效地管控了動力電池的全生命周期狀態(tài),同時有效避免了廢舊動力電池流入小作坊等不正規(guī)渠道。

在歐盟的新電池法規(guī)中,增加了標簽和電池護照的要求。首先,標簽用于線下辨識、查詢電池的基本信息。其次,電池護照用于線上登記和查詢。歐盟委員會將建立一個通用的電子信息交付系統(tǒng),用于存儲和傳遞電池的相關信息,特別是對于工業(yè)用電池和電動汽車電池。

在國家“雙碳”背景下,儲能電池將迎來爆發(fā)期。據(jù)預計,到2025年,儲能電池的裝機量將達到76.3 GWh,但目前儲能電池和消費類電池沒有統(tǒng)一的編碼規(guī)則,國家層面無法實現(xiàn)全生命周期的追溯。同時,也沒有相關文件規(guī)定電池報廢后的責任主體,很難保證退役后的鋰離子電池進入正規(guī)企業(yè)進行回收及處理?！朵囯x子電池行業(yè)規(guī)范條件(2021本)》的發(fā)布將推動政府和行業(yè)完善全類型鋰離子電池的溯源體系,確保鋰離子電池的信息可查、去向可追。

1 動力電池溯源管理

1.1 政策及標準法規(guī)

從2016年開始,國家相關部門陸續(xù)制定并發(fā)布了一系列與動力電池回收相關的政策。這些政策的發(fā)布規(guī)律是圍繞動力電池回收體系建立的環(huán)節(jié)來逐步完善的。首次發(fā)布的政策是《電動汽車動力蓄電池回收利用技術政策(2015年版)》[5],該政策從電池研發(fā)設計、生產(chǎn)、使用到回收的各個環(huán)節(jié)進行要求,并規(guī)定了各個環(huán)節(jié)的責任主體。隨后陸續(xù)發(fā)布了電池溯源、回收網(wǎng)點、梯次利用及綜合利用企業(yè)的相關規(guī)定。電池溯源是串聯(lián)電池從生產(chǎn)到報廢的重要鏈條,有效保障了電池在各個環(huán)節(jié)中的追溯。表1是鋰離子電池溯源的相關政策。

表1 部分鋰離子電池溯源的相關政策Table 1 Relevant policies for traceability of some lithium-ion batteries

1.2 動力電池溯源管理要求

溯源管理包括溯源管理的相關流程、要求和溯源管理的平臺及技術。2018年7月3日,工業(yè)和信息化部發(fā)布《新能源汽車動力蓄電池回收利用溯源管理暫行規(guī)定》,該規(guī)定要求對動力電池的生產(chǎn)、銷售、使用、報廢、回收、利用等全過程進行信息采集,并實時監(jiān)督各環(huán)節(jié)主體履行回收利用責任的情況。通過電池編碼的溯源(按照GB/T 34014—2017《汽車動力蓄電池編碼規(guī)則》進行編碼[6]),從生產(chǎn)到回收利用,形成一個全閉環(huán)的管理系統(tǒng)。

《新能源汽車動力蓄電池回收利用溯源管理暫行規(guī)定》是一項規(guī)范性政策,目前在整個全產(chǎn)業(yè)鏈中基本被強制執(zhí)行。實現(xiàn)這一目標的最重要原因是動力蓄電池被廣泛應用于新能源汽車行業(yè),而新能源汽車的管理是按照傳統(tǒng)燃油汽車的模式。從新能源汽車的發(fā)展初期到現(xiàn)在,整個監(jiān)管體系已基本完善,動力蓄電池作為其中的一個零部件,被納入整車備案中進行強制管理,整車企業(yè)強制上下游企業(yè)執(zhí)行管理規(guī)定中的要求。

從當前的管理思路來看,整車備案和公告是新能源汽車管理的必要環(huán)節(jié),從整車的源頭開始進行管控,包括裝機的電池產(chǎn)品。首先,電池生產(chǎn)企業(yè)在國家平臺完成動力電池的備案,然后汽車生產(chǎn)企業(yè)將新能源汽車編碼(車輛識別碼)以及相關的動力電池包編碼(包括模組和電芯)報送至國家溯源系統(tǒng)(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),信息報送后,動力電池的追溯就可以在應用端開啟。

在整個動力電池溯源管理研究的過程中,完成溯源管理政策及動力電池編碼標準等一系列文件的制定,同時上線動力電池溯源相關平臺,包括動力電池編碼備案平臺、新能源汽車和動力電池溯源管理平臺,以實現(xiàn)理論管理與實踐操作的聯(lián)動。

2 儲能及消費鋰離子電池溯源管理

儲能及消費鋰離子電池溯源管理思路是建立在動力電池溯源管理的基礎上的。根據(jù)消費鋰離子電池應用領域和儲能電池應用領域的特點,工業(yè)和信息化部電子司組織制定了國家標準和溯源管理平臺。溯源管理的原則是既要保證生產(chǎn)銷售到市場的鋰離子電池的信息(如主要原材料、產(chǎn)品基本信息、生產(chǎn)工藝信息)可追溯,又要保證企業(yè)產(chǎn)品的技術秘密。在這個過程中,鋰離子電池溯源平臺與企業(yè)溯源系統(tǒng)的信息轉(zhuǎn)碼變得尤為重要。

2.1 鋰離子電池編碼規(guī)則的制定

制定鋰離子電池編碼規(guī)則時,需要考慮電池本身的特性,如消費電池的定制性、外觀尺寸和應用市場的多樣性。對于儲能電池,外形和尺寸與動力電池類似,應用領域相對單一,可以參照動力電池的編碼規(guī)則和管理模式。目前已有儲能用的編碼標準,如DL/T 2082—2020《電化學儲能系統(tǒng)溯源編碼規(guī)范》[8]。由于電化學儲能管轄的復雜性,市場上的儲能系統(tǒng)基本沒有采用該標準進行編碼。因此,如何在市場層面強制要求儲能系統(tǒng)采用編碼標準是目前需要解決的首要問題。

鋰離子電池編碼規(guī)則的制定思路:首先編碼是用于產(chǎn)品的識別;其次編碼是溯源過程中的一個橋梁,可傳遞產(chǎn)品的基本信息、生產(chǎn)信息、使用信息及回收信息。基于這些要求,電池編碼基本信息需要包括:企業(yè)信息、電池類別、電池的型號(涉及尺寸、容量、質(zhì)量等)、生產(chǎn)信息、應用的領域和回收信息等。

2.2 管理環(huán)節(jié)的設計

鋰離子電池的溯源管理結合理論文件和實時在線系統(tǒng),以規(guī)范行業(yè)產(chǎn)品的統(tǒng)一使用規(guī)則及平臺。統(tǒng)一使用規(guī)則是在國家主管部門的牽頭下完成國家行業(yè)標準的制定,同時搭建用于電池信息備案及溯源的平臺,具體過程如圖1所示。其中,一類信息由主管部門規(guī)定,即電池編碼由行業(yè)統(tǒng)一;二類和三類信息由企業(yè)自己規(guī)定,可包括產(chǎn)品認證信息、原材料供應商信息、可再生材料的使用比例、產(chǎn)品符合的標準等。

圖1 追溯信息解析過程Fig.1 Tracing information analysis process

3 展望及趨勢

在“雙碳”背景下,新能源汽車及綠色能源行業(yè)將成為各個國家未來發(fā)展的重點。然而這些領域都依賴于重要的部件——鋰離子電池。為了推動行業(yè)的健康發(fā)展,對鋰離子電池全生命周期進行監(jiān)控變得至關重要,這包括產(chǎn)品進入市場后的狀態(tài)記錄、跟蹤以及報廢的時間段等。在政府和行業(yè)的共同努力下,各類鋰離子電池管理要求和溯源平臺正在逐步完善。目前,動力電池溯源體系已基本建立,儲能及消費鋰離子電池的溯源管理正在搭建中。如何滿足特殊市場的要求,是當前需要解決的問題。在國家政策的支持下,鋰離子電池的溯源管理方案和體系將逐步完善,為其他國家或國際上關于鋰離子電池的標簽和電池護照的研究提供可靠經(jīng)驗。

同時,在動力電池回收及溯源管理經(jīng)驗的基礎上[9],制定儲能及消費鋰離子電池的溯源管理要求,完善全系鋰離子電池的追溯管理,可有效提高鋰離子電池全生命周期的監(jiān)控及回收比例,為新能源行業(yè)及國家循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展提供有效保障。