新能源汽車動(dòng)力電池回收梯度利用閉環(huán)供應(yīng)鏈的設(shè)計(jì)

封玥光

（沈陽工業(yè)大學(xué)，遼寧 沈陽 110870）

1 研究背景

汽車是當(dāng)前人類社會(huì)主要的交通運(yùn)輸工具，由于其動(dòng)力來自于燃油，又成為能源消耗以及碳氧化物排放的主要載體，是造成環(huán)境污染和能源短缺的“罪魁禍?zhǔn)住薄Ｒ虼耍瑢?duì)汽車的能源進(jìn)行更新?lián)Q代，實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的變革已成為必然趨勢(shì)。新能源汽車以電力替換化石燃料，具有零排放的突出優(yōu)勢(shì)，對(duì)于緩解能源匱乏及環(huán)境污染等現(xiàn)實(shí)問題具有突出的功效。伴隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，人們的生活水平得到大幅度提高，汽車已成為人們重要的交通工具，購(gòu)買汽車的家庭逐年遞增，使得中國(guó)成為能源消耗大國(guó)。同時(shí)，汽車數(shù)量的劇增也導(dǎo)致了環(huán)境污染愈加嚴(yán)重。針對(duì)于此，中國(guó)對(duì)于發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)給予了高度的重視，將其列為中國(guó)七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。并先后制定與出臺(tái)了《汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》《節(jié)能與新能源汽車示范推廣財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》《新能源汽車補(bǔ)貼及實(shí)施規(guī)則》和《關(guān)于調(diào)整節(jié)能汽車推廣補(bǔ)貼政策的通知》等相關(guān)政策，對(duì)中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了重要的“保駕護(hù)航”的作用。伴隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，動(dòng)力電池的需求總量也在逐年遞增。僅以鋰電池為例，SMM 新能源數(shù)據(jù)庫顯示，中國(guó)新能源汽車行業(yè)在2019 年對(duì)鋰電池的總需求量為66.41 GW·h，同比增長(zhǎng)12.4%。數(shù)量如此眾多的動(dòng)力電池的回收與再利用就成為一個(gè)不可忽視的現(xiàn)實(shí)問題，這不僅關(guān)乎環(huán)境的保護(hù)以及新能源汽車研發(fā)的初衷，同時(shí)，還會(huì)對(duì)動(dòng)力電池生產(chǎn)材料的使用效率產(chǎn)生重要的影響。本文對(duì)新能源汽車動(dòng)力電池梯度利用的閉環(huán)供應(yīng)鏈進(jìn)行設(shè)計(jì)，并探討其應(yīng)用的可行性，以期為實(shí)現(xiàn)中國(guó)新能源汽車動(dòng)力電池的科學(xué)管理、有效回收及合理再利用，提供必要的理論依據(jù)與合理化建議。

2 新能源汽車動(dòng)力電池梯度利用的社會(huì)價(jià)值

據(jù)新能源汽車動(dòng)力電池的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)動(dòng)力電池的平均放電容量低于額定容量的80%時(shí)，就不能再作為新能源汽車的動(dòng)力儲(chǔ)能裝置，需要退役。相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，僅在2018—2019 年期間，退役的動(dòng)力電池多達(dá)十幾萬噸。因此，采用梯度利用的方法對(duì)退役動(dòng)力電池進(jìn)行回收與再利用，彰顯出極其重要的社會(huì)價(jià)值。

2.1 環(huán)保價(jià)值

動(dòng)力電池中含有汞、鎘、鎳、鉛、鋰等金屬和重金屬，會(huì)對(duì)人體造成一定的危害。另外，動(dòng)力電池內(nèi)部的酸堿電解液具有一定的腐蝕性，一旦外泄，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。如果把退役的新能源汽車動(dòng)力電池隨意丟棄，那么當(dāng)動(dòng)力電池銹蝕后，內(nèi)部的有害物質(zhì)外泄，會(huì)對(duì)其周邊的土壤、水源等自然生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，進(jìn)而對(duì)生活在這一范圍內(nèi)的動(dòng)植物（包括人）的健康造成嚴(yán)重危害。因此，采用梯度利用的方法對(duì)新能源汽車動(dòng)力電池進(jìn)行科學(xué)規(guī)范的回收與再利用，能夠有效避免動(dòng)力電池中的有害物質(zhì)對(duì)外界環(huán)境的污染，凸顯出重要的環(huán)保價(jià)值。

2.2 經(jīng)濟(jì)價(jià)值

由于新能源汽車動(dòng)力電池中含有諸如鎳、鋰、鈷、鎘等多種貴金屬，因此，當(dāng)動(dòng)力電池退役后，對(duì)這些貴金屬進(jìn)行有效的回收與提取，會(huì)產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益。僅以鋰電池為例，就含有鎳、鈷、鋰、銅、鋁等多種可回收的貴金屬和有價(jià)金屬，蘊(yùn)含著巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。相關(guān)資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，僅新能源汽車動(dòng)力鋰電池一項(xiàng)，其貴金屬和有價(jià)金屬回收所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值已超過100 億元，預(yù)計(jì)在2023 年有望超過300 億元。伴隨著中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，新能源汽車的產(chǎn)量呈逐年遞增的發(fā)展態(tài)勢(shì)，由此也導(dǎo)致了廢舊動(dòng)力電池?cái)?shù)量的劇增，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值也將實(shí)現(xiàn)大幅度的增長(zhǎng)。

2.3 資源再利用價(jià)值

伴隨著中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)動(dòng)力電池制造原料的需求不斷增加。但是，由于受儲(chǔ)量的影響，中國(guó)在一些重要原料上存在著嚴(yán)重的缺失。以鎳金屬為例，作為生產(chǎn)與制造新能源汽車動(dòng)力電池的重要原料，中國(guó)年平均消耗量約占全球總消耗量的25%，但是，中國(guó)鎳資源的儲(chǔ)備量?jī)H占全球總儲(chǔ)量的4%左右，鎳資源的缺失極其嚴(yán)重。通過對(duì)廢舊動(dòng)力電池中的貴金屬和有價(jià)金屬的回收，并將其應(yīng)用到新動(dòng)力電池制造或其他領(lǐng)域的使用當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，有效地緩解了貴金屬匱乏的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)了資源再利用效率的最優(yōu)化。

3 新能源汽車動(dòng)力電池回收梯度利用閉環(huán)供應(yīng)鏈的設(shè)計(jì)

目前，對(duì)新能源汽車退役動(dòng)力電池最為有效的回收與再利用的方法為梯度利用。所謂梯度利用，是指當(dāng)某一個(gè)產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命時(shí)，再通過其他方法對(duì)其功能進(jìn)行全部或部分激活，使之能夠繼續(xù)使用的過程。動(dòng)力電池的回收梯度利用涉及到制造商、銷售商、消費(fèi)者、回收機(jī)構(gòu)等諸多環(huán)節(jié)，確保這些環(huán)節(jié)有效地銜接與互動(dòng)，提升動(dòng)力電池回收梯度利用的效率，延長(zhǎng)動(dòng)力電池的設(shè)計(jì)周期，提高回收利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，設(shè)計(jì)完整、實(shí)效的閉環(huán)供應(yīng)鏈，具有重要的促進(jìn)作用。

3.1 設(shè)計(jì)原則

3.1.1 整體性原則

新能源汽車動(dòng)力電池的回收梯度利用既具有突出經(jīng)濟(jì)價(jià)值，又蘊(yùn)含重要的環(huán)保意義，是有效解決新能源汽車產(chǎn)業(yè)“后顧之憂”，促進(jìn)其健康發(fā)展的途徑。因此，為確保回收與再利用的最佳效益，要求在設(shè)計(jì)動(dòng)力電池回收梯度利用的閉環(huán)供應(yīng)鏈時(shí)應(yīng)遵循整體性原則，用以切實(shí)保障閉環(huán)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)之間的緊密銜接，達(dá)成良性的互動(dòng)的支撐，這是提高閉環(huán)供應(yīng)鏈整體設(shè)計(jì)效果的基本保障。

3.1.2 實(shí)效性原則

設(shè)計(jì)閉環(huán)供應(yīng)鏈的目的在于獲取新能源汽車動(dòng)力電池回收梯度利用的最佳效益，因此，遵循實(shí)效性原則具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。這就要求在具體的設(shè)計(jì)過程中，既要保證供應(yīng)鏈的整體性，同時(shí)，還要確保閉環(huán)供應(yīng)鏈整體結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)潔性。一方面，可以有效避免因環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)缺失而導(dǎo)致梯度利用效果的下降；另一方面，還能夠杜絕因環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的繁雜而導(dǎo)致閉環(huán)供應(yīng)鏈整體操作困難現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3.2 基本結(jié)構(gòu)

閉環(huán)供應(yīng)鏈?zhǔn)怯芍圃焐獭N售商、消費(fèi)者、回收機(jī)構(gòu)及檢測(cè)機(jī)構(gòu)等諸多部門所組成的具有循環(huán)特征的整體結(jié)構(gòu)。其具體的流程為：制造商將所生產(chǎn)的動(dòng)力電池由銷售商銷售給消費(fèi)者，當(dāng)動(dòng)力電池達(dá)到退役指標(biāo)后，由消費(fèi)者返還給回收機(jī)構(gòu)（回收機(jī)構(gòu)由制造商與銷售商共同組建）。回收機(jī)構(gòu)通過對(duì)退役動(dòng)力電池的性能綜合檢測(cè)后，對(duì)退役的動(dòng)力電池進(jìn)行篩選分類。達(dá)到廢舊標(biāo)準(zhǔn)的由回收機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)拆解，對(duì)動(dòng)力電池中的貴金屬和有價(jià)金屬進(jìn)行回收，作為生產(chǎn)原料提供給制造商用以生產(chǎn)新的動(dòng)力電池；而沒有達(dá)到廢舊標(biāo)準(zhǔn)，且具有可再利用價(jià)值的動(dòng)力電池，由回收機(jī)構(gòu)銷售給發(fā)電廠用作蓄能裝置，或用于公共用電設(shè)施的供能裝置，例如新能源汽車動(dòng)力電池充電樁、照明設(shè)施、燈箱廣告等，形成一個(gè)可循環(huán)利用的環(huán)形供應(yīng)鏈條。

其基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 新能源汽車動(dòng)力電池回收梯度利用的閉環(huán)供應(yīng)鏈基本結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)語

新能源汽車動(dòng)力電池回收梯度利用，是當(dāng)前解決退役動(dòng)力電池所引發(fā)的各種現(xiàn)實(shí)問題的最佳手段，是提高資源利用效率的有效途徑。因此，在整體性原則與實(shí)效性原則的引導(dǎo)下，設(shè)計(jì)科學(xué)、有效的新能源汽車動(dòng)力電池回收梯度利用的閉環(huán)供應(yīng)鏈，為實(shí)現(xiàn)退役動(dòng)力電池回收與再利用的效益最優(yōu)化提供理論支持與模型參照，不僅有助于促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，同時(shí)，對(duì)于緩解與改善環(huán)境污染、氣候變暖以及能源匱乏的現(xiàn)狀具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。