新能源汽車動力蓄電池梯次利用行業發展情況分析

張 廷，李龍輝，陳 平

（中國汽車技術研究中心有限公司，天津 300300）

經過20余年的發展，我國新能源汽車實現從科研、產業化到市場推廣的“三級”轉變[1]。截至2018年底，我國新能源汽車累計產量已突破300萬輛，成為全球最大的新能源汽車市場。新能源汽車發展進入快車道，帶動了對動力蓄電池的強勁需求，我國新能源汽車動力蓄電池累計配套量已超過131 GW·h（約90萬t），產業規模位居世界第一。隨之而來，新能源汽車退役動力蓄電池回收利用問題日益緊迫，動力蓄電池大量退役后，如未經妥善處置將帶來安全、環境問題，并浪費資源。

我國政府高度重視動力蓄電池回收利用，并在已發布的多項管理政策中明確表示在保證安全可控的前提下，鼓勵按照先梯次利用后再生利用原則對廢舊動力蓄電池開展多層次、多用途合理利用。目前，行業普遍認為當動力蓄電池容量衰減至額定容量的80%時，將不再滿足作為新能源車輛動力蓄電池使用，需要從車輛上完成退役。然而，其車載壽命階段僅占據了動力蓄電池全生命周期的1/3左右。退役動力蓄電池開展梯次利用一方面是國家政策所鼓勵采取的方式，另一方面也有助于發掘退役動力蓄電池最大化剩余價值，延長使用壽命，減少資源浪費[2]。

隨著新能源汽車使用年限的增加，退役動力蓄電池退役量逐年增加，并將迎來大規模退役期。相關行業研究機構綜合考慮新能源汽車歷年產量、未來預測產量、電池質保年限及車輛運行工況等因素，對新能源汽車動力蓄電池退役量進行預測。預計至2020年，我國退役電池累計約為25 GW·h（約20萬t），退役電池累計梯次利用量約14 GW·h（約14萬t）；至2025年，累計退役量約為116 GW·h（約78萬t），退役電池累計梯次利用量約65 GW·h（約55萬t）[3]。

1 梯次利用產業現狀分析

1.1 行業發展概述

當前，動力蓄電池退役量較少，梯次利用大部分處于試驗示范階段，主要集中在備電、儲能、低速車等領域。由于梯次利用企業大多處于技術研發和積累階段，對人才和技術需求較高，其主要集中在人才、資金和技術較為聚集的京津冀、長三角及珠三角等地區一線城市和部分基礎較好的中小城市。隨著動力蓄電池退役潮的到來，各相關企業已在動力蓄電池梯次利用領域加快布局，開展了梯次利用產品的研究與應用，并探索動力蓄電池梯次應用的安全性與經濟性。

經過多年發展，我國梯次利用產業正處于由示范工程向商業化轉變的過渡階段。在通信基站備電、電網儲能、低速車等領域，梯次利用已開始實用化。基站備電場景應用主要是將梯次利用電池應用在通信基站備用電源系統，在停止供電的情況下為基站用電設備供電。電網儲能場景應用主要是實現發電側儲能的負荷調節、提高新能源消納等，輸配電儲能的電能質量提高、線路損耗降低等，以及用戶側分布儲能的削峰填谷、負荷轉移等。低速車場景主要是在微型電動車、電動自行車等低速車上，替代原用的鉛酸電池，減輕裝載電池重量，提升電池循環使用壽命等，主要使用領域包括外賣、物流、環衛等。

1.2 儲能領域梯次利用發展現狀

我國新能源汽車動力蓄電池梯次利用在示范研究階段，主要在儲能領域探索。當前，我國儲能領域正在調整能源結構，向清潔能源、新能源轉變，為梯次利用電池產品進軍儲能領域創造了機遇。

國家電網在北京大興建設了100 kW·h梯次利用錳酸鋰電池儲能系統示范工程，用于穩定節點電壓，并在電網失電情況下通過移動儲能電站支持用戶離網運行；在鄭州建設由退役電池儲能系統與多晶硅光伏發電系統、風力發電系統、退役電池儲能雙向變流器組成的風光儲微電網系統；在張北建設了1 MW·h梯次利用磷酸鐵鋰電池儲能系統示范工程，用于接納可再生能源發電和調頻等[4]。同時，研究組建了退役電池分選評估技術平臺，制定了電池配組技術規范，研制了高效可靠的電池管理系統。比亞迪深圳市龍崗區寶龍比亞迪工業園區建立全球首個兆瓦級退役電池梯次利用示范電站，具備調節用電峰谷、平滑光伏發電、提高電網利用率的作用。長沙雨花環保工業園區示范電站正在建設實施。北京匠芯研發梯次利用風光儲能系統，生產的梯次利用產品達14 MW·h。北京普萊德與國家電網、北汽合作實施了儲能電站項目、集裝箱式儲能項目及青海風光儲能項目等，累計梯次利用量約75 MW·h。江蘇南京江北儲能電站破土動工，這是我國首個也是全球最大規模新能源汽車動力電池梯次利用的電網側儲能電站，共利用“舊電池”總容量為7.5萬kW·h。

1.3 備電領域梯次利用發展現狀

2018年7月，工業和信息化部等七部委組織開展新能源汽車動力蓄電池回收利用試點工作，在中國鐵塔股份有限公司開展梯次利用示范工程。中國鐵塔公司于2015年開始，陸續在12個省市3 000多個基站開展梯次利用電池替換鉛酸電池試驗，充分驗證了梯次利用安全性和技術經濟性可行。2018年，中國鐵塔公司已停止采購鉛酸電池，從深圳比亞迪等20個企業采購梯次利用電池。據鐵塔公示，截至2018年底，已在全國31個省市約12萬個基站使用梯次電池約1.5 GW·h，替代鉛酸電池約4.5萬t，成為全國梯次利用行業的領頭者。據中國鐵塔公司測算，其在網蓄電池總數為240萬組，總容量為22 GW·h，如全部以梯次利用電池替代，預計可消納退役電池超過25萬t。

同時，中國鐵塔公司與電池生產、汽車生產及綜合利用企業合作，組織成立行業聯盟，共建回收利用體系，并在備電、儲能及對外發電應用場景加強業務拓展。

1.4 低速車領域梯次利用發展現狀

繼儲能、基站備電等使用場景后，低速車成為梯次利用主流發展領域之一，當前已在多種車型進行探索使用。

星恒電源為我國早期探索退役動力蓄電池梯次利用于低速車領域的企業之一，當前已實現了對自產電芯的梯次利用創新研究，至2017年底星恒累計實現了對17.68萬支電芯的修復，梯次利用電池產品主要應用于電動自行車、電動三輪車及低速四輪車等輕型車領域的售后市場，用于替換原有的鉛酸電池及故障鋰電池。杭州市易源科技有限公司自2018年起運用退役的磷酸鐵鋰電池模組，開發用于快遞三輪車，并與國內物流快遞系統智慧物流運營平臺浙江天郵達成戰略合作，在全國范圍內開展新能源快遞物流電動車及配套梯次電池產品的批量投放。中天鴻鋰為目前在低速車領域開展梯次利用的典型企業，旗下的“中天動力”品牌采用互聯網共享租賃的模式，將動力蓄電池梯次利用模塊以租賃的模式應用于順豐京東等物流企業的快遞物流車、美團、餓了么等外賣送餐車，在全國30多個城市設置梯次產品客服中心、換電站。宇通環衛與傲藍得環保科技兩家公司合作將旗下使用的環衛三輪灑水車、三輪掃街車和四輪垃圾裝載車等低壓電動車輛車輛，裝配梯次利用電池產品取代現有鉛酸電池，現已有200臺車輛已投入鄭州市內的環衛示范運營。

2 梯次利用技術現狀分析

退役動力蓄電池在剩余壽命、一致性、安全性等方面已發生較大變化，對梯次利用于其他領域構成挑戰[5]。為加快推進動力蓄電池梯次利用的產業化發展，行業加大對梯次利用技術的研究及應用。

目前，梯次利用主要存在檢測重組和修復兩種技術路線，并以檢測重組為主。檢測重組技術路線的代表性企業包括深圳比亞迪、北京匠芯、中國鐵塔公司等。深圳比亞迪等企業對退役電池從包組、模塊到單體級別逐一檢測，以單體為單位進行重組，重組率達到70%～80%。北京匠芯正在建設基于大數據的動力蓄電池包（組）評估系統，可進行退役電池殘余壽命、應用場景等評估，并探索退役電池系統集成等技術。中國鐵塔公司牽頭行業突破了電池成組、容量綜合評估等一批梯次利用關鍵技術。此外，另有部分企業在退役電池修復技術方面進行了積極探索，以星恒電源、北京國能為代表。星恒電源回收本企業的退役電池，修復單體正負極表面的SEI膜并適當補充電解液，修復后的單體可梯次利用于低速電動車輛等領域，修復后的電芯容量可至少達新電芯的80%。

3 梯次利用發展存在的問題及建議

3.1 梯次利用發展存在問題分析

3.1.1 技術層面

生態設計、生產控制及信息共享等問題一定程度制約了梯次利用產業的發展。設計生產方面，電池生產企業在設計環節已經限制使用有害物質，但是綠色選材、標準化及通用性設計、易拆解結構設計以及易梯次利用設計等方面還有不足。動力蓄電池有130多種規格，種類多、連接性及互換性差，行業還存在產品合格率低、一致性差等問題。技術信息支持方面，電池及汽車生產企業正在提供拆卸、拆解等技術信息支持，但在通信協議、歷史數據等關鍵資源分享方面還沒有形成機制。梯次利用還存在效率偏低，與梯次利用電池安全性、可靠性以及經濟性關系密切的電池剩余壽命及一致性評估等技術還不成熟等問題。

3.1.2 管理層面

目前已發布的《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用規范條件》等管理政策已對梯次利用提出了部分要求，但仍然缺乏針對梯次利用企業準入及梯次利用電池產品管理的相關制度。同時，目前退役動力蓄電池數量較少，而企業在技術、設備研發等方面投入較大，但當前缺乏行之有效的激勵措施。此外，梯次利用電池產品標識、安全使用、殘值評估規范等系列標準缺失，在一定程度上制約了梯次利用行業的發展。

3.1.3 市場發展層面

未來梯次利用情景廣闊，很多企業看好梯次利用市場，紛紛加快產業投資布局，從基站備電、電網儲能、低速動力、UPS電源及充電寶等眾多方向進行探索與實踐，由此導致梯次利用電池產品向不同行業領域擴散，但難以有效保障產品性能、安全等水平。部分“小作坊”式企業對退役電池非法拆解、重組，作為“梯次利用產品”進行銷售，存在較大安全、環保隱患，嚴重擾亂市場，使得部分市場主體對梯次產品缺乏信任。

3.2 未來發展建議

新能源汽車動力蓄電池梯次利用是推動我國新能源汽車產業可持續發展的重要途徑，為規范梯次利用產業發展，未來還需深化政策引導、技術突破、商業模式創新等。一是研究制定梯次利用企業準入與梯次利用電池產品管理制度，制定獎懲措施，適時開展梯次利用電池產品認定和標識工作，發布梯次利用企業及產品名單，營造規范回收、生產及銷售的有序市場環境。

二是以企業為主體，加強產學研合作，推動動力蓄電池生態設計、退役判定及檢測、梯次利用電池殘余價值評估、電池自動化拆解及材料分選等共性技術攻關和關鍵設備研發。融合物聯網、大數據等新興技術，提高動力蓄電池回收利用的質量和效率。同時，加強全方位的國際交流合作，鼓勵先進技術和優勢資源的輸出和引進。

三是產業鏈上下游加強協作，探索動力蓄電池梯次利用創新商業模式，如“以租代售”“固定車型電池定價”合作模式等。同時，加強大數據、物聯網等信息化技術在動力蓄電池回收利用中的應用，由產業聯盟、第三方服務機構組織建設商業化服務平臺，構建第三方評估體系，形成線上線下動力蓄電池殘值交易技術規范，完善電池殘值評估和定價機制。