動力電池梯級利用回收模式與應用研究

許弈飛，曹新雅

（華北電力大學，北京 102206）

近年來，新能源汽車行業在全球蓬勃發展。由于動力汽車具有良好的啟動制動性能以及較為環保的特性，目前，在我國大部分城市的公共交通系統中，電動公交車逐漸成為主流。國家也大力支持新能源汽車行業發展，于2018年開始免征車輛購置稅，要求黨政機關帶頭使用新能源汽車，并且投入新的車牌以鼓勵消費者選擇新能源汽車。

隨著新能源汽車產業的不斷發展，其本身固有的一些問題也日益凸顯。其中，較為嚴重的一個問題則是動力電池的利用問題。受化學性質的影響，動力電池的容量會隨使用時間衰減。在容量剩余80%以上時可以作為電動汽車電池使用，但是當低于此限度則不能維持正常汽車續航，需要報廢。即使只剩下80%的容量，其也具有較高的利用價值，可以應用于其他儲能領域，直至容量降低至30%左右徹底無法利用再進行化學拆解。鋰離子電池中含有鈷、鎳、錳、鋰等稀貴金屬，如果不處理，不僅會造成環境污染，也是一種資源浪費。依據數據顯示，我國在2020年前后即將迎來第一個動力電池報廢高峰期。如何經濟、有效地處理這部分報廢電池容量，成為亟待解決的問題。

目前，國內外的動力電池回收利用體系主要為化學拆解利用，技術相對成熟，但是存在利用率低下以及污染浪費嚴重等問題。因此，人們提出了動力電池梯級利用的概念，即將電動汽車上報廢下的仍具有較好性能的動力電池做成儲能裝置應用于電力系統。然而，目前梯級利用尚未有具體的實施方案。結合國家近期出臺的相關政策與儲能領域最新發展，本文設計并提出了一種可行的動力電池梯級利用的回收方式及其相關應用，為相關企業的發展提供參考建議。

1 回收模式

目前，國外一些企業已經開始探索動力電池回收模式，例如日產汽車和住友集團合作成立了4R Energy公司進行回收以及梯次利用在住宅供電方面。可以看出，這類回收模式主要是以汽車生產企業以及動力電池生產企業為主導的，依靠生產廠家特有的物流優勢進行回收。國內近期出臺了一系列相關政策大力推進動力電池梯次利用，特別提出要求生產廠家承擔起回收的責任。目前，我國成體系的動力電池回收利用廠商不多，且受到了企業資質的限制。國內目前擁有成熟回收體系的廠家中格林美頗具代表性，其與汽車生產企業、動力電池生產企業、梯級利用企業以及報廢汽車回收拆解企業等共建回收網點，采用線上、線下相結合的方式構建廢舊動力電池回收網絡。基于RFID技術，其實現了對物聯網內的回收資源的實時監控以及全程溯源，通過對回收汽車安裝GPS實現線上監控，提高了回收效率。

格林美的回收方式可以概括為“互聯網+分類回收”，利用手機APP以及微信網站等網絡客戶端開展電子商務模式實現O2O回收模式。以上是對動力電池回收企業實例的分析，總結起來，大概可以分為以下3種模式：汽車廠商建立逆向物流回收，企業自營；生產商聯合組織形成企業聯營模式；第三方企業進行回收，即企業的外包模式。

1.1 汽車廠商自營制

由汽車廠商負責回收可以利用既有的正向物流體系，并且保證了關于動力電池的一些保密技術不外露。同時，由廠商直接交付梯級利用企業可以給予廠商回收利用難度反饋，敦促廠商合理設計產品，也督促了生產者對動力電池的壽命、質量等的監督，以便進行售后維護。

1.2 生產者責任制

生產者責任制是歐盟目前防治小電池污染的主要制度。由動力電池生產者聯合可以使聯盟共同承擔風險。然而，生產商從消費者手中回收電池難度較大，同時，回收渠道中4S店和整車企業有償回收，會提高回收成本。

1.3 第三方回收制

由具有資質的第三方回收企業回收可以保證不同型號的電池得到回收，同時鼓勵消費者參與到物流體系中。專門的回收企業也可以保證操作的專業性與規范性。然而，受到的成本制約較大，需要較為成熟、合理的回收方案以降低回收成本，并設立足夠的物流中心保證回收范圍的覆蓋。

此外，回收體系如果要成為閉環，下游產業也不可或缺。因此，對于回收利用后再報廢的動力電池，仍可由原有化學拆解的產業承接。化學拆解主要利用正極材料等，對于動力電池可用容量等要求并不高，因此，動力電池充分梯次利用之后，再由化學拆解行業回收可使效益最大化。

2 相關應用

動力電池作為典型的儲能裝置，對動力電池回收后的應用在中小規模應急儲能方面有著良好的應用前景，也在大規模電網儲能領域大有可為。

對于小規模儲能應用，從電動大巴以及高性能電動汽車上退役的動力電池可以利用在景區的觀光車以及居民的電動自行車上。同時，一些典型的小型儲能應用場景，比如緊急電源也可用退役動力電池替代。退役電池也可在一些傳統蓄電池領域應用，比如分布式發電中與新能源風光電源配合實現小規模儲能。考慮到西部部分欠發達地區存在用電難、風光資源豐富、對分布式能源有較高需求的情況，退役動力電池相比普通的新蓄電池具有明顯的價格與性能優勢，在循環壽命、能量密度、高溫性能等方面優于鉛酸電池，可以適當減輕分布式能源初期建設成本過高的問題。

中國鐵塔股份有限公司將梯次利用后的動力電池應用在了自身的基站產品之上，利用峰谷電價差，結合動力電池儲能裝置性能好、成本低等優勢，降低了自身基站運營成本。依據國家能源發展“十三五”規劃，我國正在推進企業園區多能互補環保工程。一些新型的企業園區采用風、光和地熱等多種能源混合利用，而退役動力電池本身帶有廢物利用的環保性質，應用于這類企業園區的中小規模儲能可以增強園區能源多樣化并且切合環保主題。以上為動力電池梯級利用在中小型儲能方面的一些典型應用，此外，考慮到我國儲能電站產業正在快速發展，而儲能電站所用電池與動力電池基本一致，大部分均為鋰電池，因此，回收后的動力電池也可制成較大規模的儲能裝置，消納棄風棄光以及提供電力系統輔助服務，對實現大規模可再生能源的接入具有重要意義。來自高工產研鋰電研究所的調研顯示，2017年鋰電儲能市場產量約3.5 GW·h，同比增長13%；產值55億元，同比增長7%.同時，現有鋰電儲能市場受成本影響發展已近瓶頸，而退役動力電池在此儲能利用可推進其持續發展。

隨著目前電力市場改革的推進，電力輔助服務市場也日漸得到重視，較為典型的輔助服務有調配、備用、無功調節和黑啟動等。相比傳統的火電機組，儲能裝置容量較小，難以長期供電力系統使用，但儲能裝置的出力爬升快，可以較快啟動，因此，是提供短期電力輔助服務的優秀選擇。此外，依據電力市場分時的電價變化，等待電力市場進入實時市場階段并深化改革之后，家庭級用戶可以依靠儲能裝置盈利。

3 結束語

我國混合動力汽車市場發展迅速，電動汽車在國家相關政策大力支持之下正在迅速占領市場，逐漸成為目前主流。然而，作為一個新興的產業勢必需要相應的配套產業鏈，而我國尚未形成成熟、閉環的動力汽車體系，大量即將退役的動力電池難以得到高效處理，浪費嚴重。因此，本文從動力電池回收以及梯次利用的層面對回收體系以及利用模式進行了研究，提出了相關企業可以采用的三類回收模式以及退役電池可以應用的中小型儲能模式和大規模電網儲能產品，對梯次利用企業進行了展望并提出了相關要求。

參考文獻：

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