動力鋰離子電池退役后不宜在電動自行車上實施梯次利用

郭春裕 盧騁 李偉權 王瑾 鄒建華

摘要：我國新能源汽車市場已經快速發展了十多年，汽車用動力電池迎來第一波規模化的退役潮，鋰電回收利用成為重要課題，但回收動力鋰離子電池不宜在電動自行車上使用。此文將新能源汽車和電動自行車鋰離子電池使用環境進行對比，并對新能源汽車退役動力鋰離子電池應用在電動自行車上產生的風險點進行分析。

關鍵詞：風險;電動自行車;動力鋰離子電池;梯次利用

1? ? 概述

隨著新能源汽車行業的蓬勃發展，動力鋰離子電池得到了廣泛應用。但是，由于動力鋰離子電池使用壽命有限，隨著產業發展，越來越多的動力鋰離子電池面臨退役問題。根據中國汽車技術研究中心有限公司的測算，2020年累計退役的動力鋰離子電池將超過20萬t [1]。而退役的鋰離子電池還具有很大的剩余容量，直接報廢會造成極大的資源浪費和環境問題[2] 。退役的動力電池梯次利用符合國家戰略需求[3]，工業和信息化部、科技部、生態環境部、商務部、市場監管總局聯合印發《新能源汽車動力蓄電池梯次利用管理辦法》? （工信部聯節〔2021〕114號）[4]，標志著國家開始鼓勵梯次利用產業化，梯次利用將成為各新能源汽車生產等相關企業相互競爭的新賽道。

動力電池的梯次利用通常是將退役后還具有60%～80%原始容量的動力電池篩選出來，由企業根據梯次利用指標對電池包、模組和電芯進行評估以確定是否可以直接梯次利用，或者根據其健康狀況分為若干等級后將其應用于其他對電池性能要求較低的場景[5]，如儲能、備用電源、低速車等。電動自行車作為一種低速運行的交通工具，在目前是梯次利用電池的主要去向之一。但是，電動自行車上使用的鋰離子電池從廣泛意義上來說也是動力電池，將新能源汽車上退役下來的鋰離子電池使用在電動自行車上會帶來很多安全隱患。

2? ? 電動自行車與新能源汽車鋰離子電池使用環境對比

在日常生活中，我們一般會認為新能源汽車經常高速行駛，而電動自行車行駛速度相對較低，因此電動自行車對作為動力的鋰離子電池比新能源汽車的使用要求要低一些。表1從研發投入、使用環境、產品設計以及后期保養等幾個方面，對電動自行車和新能源汽車上的鋰離子電池使用環境做了對比：

通過電動自行車和新能源汽車鋰離子電池的使用環境的比較，我們可以發現，雖然電動自行車的行駛速度低于新能源汽車，但是與新能源汽車鋰離子電池相比，電動自行車鋰離子電池的使用環境較為惡劣。從設計上看，電動自行車用鋰離子電池則受產品生產工藝及投入的影響，往往不能得到更好的保護;從使用上看，電動自行車受眾更廣泛，使用過程中受外部環境影響更大，且充電和放電環境較混亂，易帶來安全風險。

電動自行車鋰離子電池在使用過程中易發生因過充電、外部短路、振動沖擊等引起的自燃、自爆安全事故，并呈現逐年增長態勢。據消防救援部門統計，2021年1月—6月，全國發生電動車火災事故6 462起。從起火原因看，電氣故障和自燃是造成電動車火災的主要原因，分別占電動車火災總數的62.1%和23.5%;而過充電、電池單體故障、電氣線路短路是導致電動車電氣火災的根本原因[6] 。

3? 鋰離子電池安全風險分析

安全性能是動力鋰離子電池梯次利用最需關注的性能。鋰離子電池在經過長時間的使用后，電池內部特性會發生顯著變化，并導致其安全性能隨著使用過程逐步降低[7]。因此，國家發布多項規定，嚴格要求確保退役電池用于梯次利用的安全性[8]。

經過長期使用的鋰離子電池，其內部結構物質會發生明顯變化，進而導致容量衰減、內阻增大、熱穩定性降低、耐過充性能降低等現象[9]。此外，鋰離子電池在循環過程中，尤其在低溫環境下充電，鋰離子無法進入電極材料而在電極表面沉積，形成析鋰的現象[10]。析鋰會帶來鋰枝晶的生長，一旦鋰枝晶刺破隔膜就有可能導致鋰離子電池發生內短路，進而引發熱失控、起火甚至爆炸。在現階段，析鋰一般要依靠拆解電芯才能夠發現，僅對電池做電性能檢測很難發現相關問題，存在很大的安全隱患。

此外，電芯的一致性也是一個大問題。退役電池被拆解到模組程度進行梯次利用在成本上是最合理的方式[11]。但是，由于在生產過程中，每一個單體電芯都或多或少存在差異，在長期使用中由于電芯的使用順序、環境溫度等的不同，會進一步放大差異。而一旦出現電芯不一致的情況，就會使部分電芯發生過充過放等現象，導致快速衰退;而且，內阻越大的電芯發熱量也越大，導致溫度不平衡，甚至導致溫度過高進而誘發熱失控[12]。在拆解過程中，電芯一致性的篩選往往基于容量等電信號信息，然而即使容量相當，經過長期使用的電池內部結構變化也是不同的。因此雖經過簡單篩選，但在梯次利用后的使用中，這種不一致性還是會逐漸暴露出來，并增加梯次利用電池的安全隱患。

此外，梯次產品應有商品條碼標識，并按GB/T 34014—2017《汽車動力蓄電池編碼規則》統一編碼，在梯次產品標識上標明（但不限于）標稱容量、標稱電壓、梯次利用企業名稱、地址、產品產地、溯源編碼等信息，并保留原動力蓄電池編碼。我國梯次利用市場的發展處于初級階段，相關監管尚不完善，導致某些商家會將退役電池以次充好，通過低價銷售到沒有資質的電池PACK企業進行組裝，組裝后的電池組沒有任何相關梯次利用的標志標識，而一般的消費者無法辨別購買的鋰離子電池質量優劣，這將進一步導致安全隱患增加。

4? ? 小結

我國2019年實施的新版《電動自行車安全技術規范》要求，電動自行車最高車速不高于25 km/h、整車質量不大于55 kg等，倒逼制造商采用輕量化設計，電動自行車行業有鋰離子電池替換鉛酸電池的市場趨勢。

鋰離子電池隨著使用時間增長，其安全性能會逐漸下降，即使通過篩選，梯次利用鋰離子電池的安全風險也高于新電池。而電動自行車從設計、使用及維護保養等方面，比新能源汽車對鋰離子電池的保護和監控都薄弱一些。將新能源汽車上退役下來的鋰離子電池梯次利用在電動自行車上，這將增加電動自行車的自燃、爆燃的安全隱患。因此，退役動力鋰離子電池不宜在電動自行車上梯次利用。同時，監管部門應加強退役動力鋰離子電池的源頭管理，增強對梯次利用鋰離子電池組裝企業的監管力度，同時向社會發布風險警示，增強消費者的安全意識。

參考文獻

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[5]周媛，王鋒，信天，周廣旭.退役動力電池梯次利用評估標準UL 1974：2018解讀[J/OL].電池：1-4[2021-08-29].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/43.1129.TM. 20210602. 1105.002. html.

[6]應急管理部消防救援局.今年以來全國發生電動車火災6462起[OL]. （2021-07-21）[2021-08-29].https：//www.119.gov.cn/article/441xrAEgvx9.

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[11] 李建林，李雅欣，呂超，趙偉，周京華.退役動力電池梯次利用關鍵技術及現狀分析[J].電力系統自動化，2020，44（13）：172-183.