動力電池梯次利用國家標準體系分析

譚 震，范茂松，趙光金，楊 凱*

(1.中國電力科學研究院有限公司，北京 100192；2.國網河南省電力公司電力科學研究院，河南 鄭州 450052)

預計到2025年，中國動力電池的累計退役量將會超過90 GW·h[1]。在退役下來的動力電池中，很大一部分又可以應用于對性能要求較低的場合，實現動力電池的梯次利用。這樣既可以使退役動力電池的效益最大化，又減少了環境污染，對新能源產業的可持續發展具有重要的作用[2]。

目前，梯次利用產業的規?；l展還存在不少限制，如盈利模式不成熟、關鍵技術亟待突破、安全問題嚴峻、標準及技術規范發展滯后等問題。標準和技術規范的制定和推廣，是梯次利用規?；瘧玫那疤醄3]，需要加快梯次利用標準體系框架的研究制定進程。本文作者通過分析已有的車用動力電池標準體系框架，考慮梯次利用場景獨特的應用條件及特性，對梯次利用標準體系的完善提出建議。

1 國內現有的動力電池標準體系

1.1 動力電池梯次利用國家標準

動力電池的梯次利用過程包含拆解、性能檢測、安全檢測、分選重組、消防和再退役等步驟，只有對每一個步驟都進行標準規范，構建完整的標準體系，梯次利用才能規?；l展。目前很多梯次利用電池的檢測還在沿用動力電池的標準，原因是針對梯次利用動力電池的標準還很少?，F行動力電池梯次利用的相關國家標準僅有GB/T 33598-2017《車用動力電池回收利用 拆解規范》[4-5]、GB/T 34015-2017《車用動力電池回收利用 余能檢測》[6-7]、GB/T 34015.2-2020《車用動力電池回收利用 梯次利用 第2部分：拆卸要求》[8]和GB/T 8698.1-2020《車用動力電池回收利用 管理規范 第1部分：包裝運輸》[9]等4項，分別對應梯次利用過程中的拆解、性能檢測、拆卸和包裝運輸等部分。

GB/T 33598-2017規范了從廢舊車用動力電池包組拆解成動力電池單體過程中的總體要求、安全要求、作業程序及存儲和管理要求。保證動力電池拆解環節安全、環保、高效，是后續開展梯次利用電池測試評估、分選重組工作的前提。GB/T 33598-2017規定的拆解流程如圖1所示。

圖1 車用動力電池回收利用拆解流程Fig.1 Dismantling flow of vehicle power battery recycling

GB/T 34015-2017規范了動力電池外觀檢查、極性檢測、電壓判別和充放電電流判別等初篩過程，規定以不高于0.2C小電流(I5)對單體或模塊進行充放電測試，為車用動力電池的余能檢測提供了評價依據。此標準只有測試方法而無要求，未規定產品可用性或安全性的標準閾值，且依據該測試方法確定電池余能耗時較長，約10 h，不利于大規模工程應用。GB/T 34015-2017規定的檢測流程如圖2所示。

圖2 車用動力電池回收利用余能檢測流程Fig.2 Residual capacity test flow of vehicle power battery recycling

GB/T 34015.2-2020規范了將動力電池包從電動汽車上分離移出的操作環節。與GB/T 33598-2017類似，均為電池樣品拆解規范，規定了電池包或模塊的拆卸過程中的場地、設施、人員及作業等要求。

GB/T 8698.1-2020規范了車用動力電池回收利用包裝運輸環節。退役車用電池首先依據絕緣、外觀等外在指標進行初步安全判定和預處理，分為3個等級，再依據HJ 2025-2012《危險廢物收集 貯存 運輸技術規范》[10]和JT/T 617-2018《危險貨物道路運輸規則》[11]等相關標準，按不同危險等級來包裝，并規定按不同等級要求運輸，以保證安全性。

從以上標準的操作流程可知，對廢舊電池的預處理和信息采集是開展工作的前提，歸根結底是電池的溯源問題。GB/T 34014-2017《汽車動力蓄電池編碼規則》[12]規定了動力電池編碼的基本原則、編碼對象、代碼結構和數據載體。該規則可用于動力電池生產管理、維護和溯源及電動汽車關鍵參數監控，特別是在回收利用環節，憑借可追溯性和唯一性，能更加準確地確定動力電池回收責任主體。此外，產品規格尺寸不統一也是影響廢舊電池回收利用效率和門檻的主要難題，基于此制定的GB/T 34013-2017《電動車用動力蓄電池產品規格尺寸》[13]明確規定了電動汽車用動力電池的單體、模塊和標準箱尺寸規格要求。該標準可較好地解決動力電池因尺寸不一，難以匹配儲能電站或家用儲能設備結構的難題，也降低了動力電池梯次利用的門檻。無論是規格尺寸的標準化還是編碼的統一化，都極大地完善了動力電池梯次利用標準體系框架，推進了電池梯次利用產業的發展。

梯次利用電池現有國家標準只涵蓋了退役電池前期處理階段，還未涉及對電池電性能、安全性能判別、分選重組和再退役等后期階段。雖然中國電子節能技術協會等機構相繼發布了多項電池回收利用團體標準，但約束力度不及國家標準。綜上所述，針對梯次利用電池實際應用場景，目前還沒有形成統一的規范，梯次利用電池有獨特的性能特點及應用場景，直接使用動力電池國家標準，存在局限性。

1.2 動力電池國家標準應用于梯次利用的局限性

國內早期與動力電池相關的標準僅有行業標準QC/T 743-2006《電動汽車用鋰離子蓄電池》[14]，缺乏權威性及廣泛性，行業監管的門檻不清晰。為了滿足電動汽車生產企業、零部件企業、檢測及認證機構等各方面的需求，建立體系完整、水平適中、利于產業的國家標準勢在必行。圍繞電動汽車產業，國家質量監督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會于2015年5月15日聯合發布了6項國家標準[15-18]，在2016年全面實施，具體內容如表1所示。

表1 2015年發布的電動汽車動力電池國家標準 Table 1 National standards for electric vehicle power batteries issued in 2015

2020年5月12日發布的GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》[19]于2021年1月1日實施，替代GB/T 31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》和GB/T 31467.3-2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統 第3部分：安全性要求與測試方法》，成為我國電動汽車領域首批強制性國家標準。該標準涵蓋了從單體到系統的熱安全、機械安全、電氣安全和功能安全等要求。

目前制定的一系列電動汽車動力電池標準，覆蓋了電性能測試、安全測試和壽命測試(退役標準)等步驟的規范，內容涵蓋較為全面，已基本形成較為完善的標準體系。相較于新電池，梯次利用電池具有以下特點：長期使用后，電芯內部正負極材料、電解液和隔膜等出現不同程度的分解損耗，導致電池性能降低，可能會產生鋰枝晶等危險因素，造成安全性降低[20]；電池衰減情況不同，一致性變差；應用環境更為溫和、穩定，使用強度更低；對梯次利用前期測試方法的快速性、經濟性和便捷性等有一定要求。有鑒于此，動力電池國家標準在應用于梯次利用時，還存在一定的局限性。

在電性能方面，現有動力電池標準體系涵蓋了容量、內阻、功率、能量效率、高低溫充放電和自放電率等測試項目，且具備科學合理的測試方法及要求。梯次利用動力電池也可使用此標準，但如果完全采用這些標準，會導致測試成本高、周期長，增加梯次利用的成本，影響經濟效益。

在安全性能方面，GB 38031-2020等規定了電動汽車和電力儲能等應用場景下對新電池安全性能的檢測方法及要求，內容包括過充電、過放電、短路、跌落、振動、加熱、擠壓、針刺、海水浸泡、溫度循環和低氣壓等測試項目，測試方法幾乎模擬了各種可能導致新電池安全風險的因素。車用動力電池安全性測試，針對突發事件或濫用情況下電池存在的安全問題，以及鋰離子電池自身特點決定的安全性問題，給出了合理統一的標準。梯次利用電池應用工況場景不同，應用環境和使用強度更溫和，使用條件更單一，造成很多測試項目失去測試的必要性，或者可以降低要求；此外，退役電池本身經過長期使用，內部熱失控溫度降低，溫升加快，且一致性變差，對測試樣品的選擇和測試標準的制定都提出了要求。綜上所述，需要從實際應用需求、退役電池特性、經濟效益和安全性等多方面考慮，結合現有動力電池國家標準，制定適用于梯次利用電池的標準體系。

2 動力電池梯次利用標準體系完善建議

退役電池在梯次利用前，需進行狀態評估、安全隱患識別及分選重組，在此基礎上，制定相應的電熱安全管理策略，進行系統集成，在運行、維護過程中需滿足梯次利用電池再退役標準和消防標準等。要滿足梯次利用動力電池的規模化工程應用，需對各個應用技術節點進行技術標準制定。梯次利用標準目前存在幾個亟需完善的方向。

2.1 安全性能要求及測試方法

電池的安全性一直都是工程應用中的首要關注點，但梯次利用電池安全標準在國際上還處于空白階段。需要基于梯次利用動力電池的特點，結合鋰離子電池本身電化學性能及大批量電池實際投運情況，設計安全性評價方法標準。

參考車用電池標準體系，通過電、熱等外特性測試反映電池內部安全性的方法，可實現無損、可靠和科學的安全性能測試。應排除高風險電池，以降低測試成本，如增加外觀檢查、容量及容量保持率、內阻及內阻增長率、充放電產熱等外特性測試，并根據鋰離子電池的特性設置閾值；通過部分符合應用場景的破壞性濫用試驗，驗證同批次電池的安全性，提高測試的可靠性。如針對儲能應用場景，排除部分模擬突發外部事件的安全測試項目(針刺、擠壓和高溫等)，保留過充過放等。以上二者結合，可構成安全標準體系。

外觀、容量、內阻和溫升等可較直接地反映鋰離子電池當前的狀態，可通過這些快速、經濟、方便的測試方法，剔除高風險電池。梯次利用電池內部條件很復雜，基于外特性的安全測試，即便通過，也不能斷定一定安全可靠。此時，可輔以適當的破壞性安全試驗，安排合理的抽樣比例，進一步測試安全性能。建立兩種測試相結合的安全測試標準體系，可降低測試成本、提升測試效率。

2.2 電性能要求及測試方法

電性能是決定電池是否有應用價值的根本指標，制定適用于梯次利用電池電性能的標準很有必要。標準制定需根據梯次利用的應用場景，如儲能或小型代步車，規定不同的測試項目及要求，開發對應的低成本快速測試方法及要求。在滿足使用需求的前提下，盡量降低成本、提升經濟效益。

2.3 狀態評估和分選重組的要求及測試方法

狀態評估、分選重組是梯次利用前的最后準備步驟，此部分內容也是亟待突破的技術難點，對測試的快速性、經濟性和準確性有較高要求。建議打通數據鏈條，以便根據歷史數據，對電池性能進行評估。目前的評估技術還不成熟，技術路線眾多，暫時較難形成統一的技術標準。

2.4 電池的可梯次利用設計指南

要求從電池的設計開發之初，即考慮到退役后的梯次利用場景，規劃好電池從出廠應用到退役后梯次利用，再到回收的整個過程，實現資源有效利用的最大化，減少中間過程產生的成本。這一設想，需要國家推動，打通上下游產業資源交換、需求交流的渠道。

2.5 梯次利用電池再退役標準

梯次利用電池本身屬于退役電池，在梯次利用過程中，性能不斷衰減，到一定程度后，不能滿足梯次利用場景的需求，且伴隨著熱失控溫度降低、溫升加快等因素導致的安全風險。需要綜合考慮，制定再退役標準，及時將不能滿足要求的電池進行二次退役。

2.6 梯次利用電池消防安全標準

退役電池經過長期使用，安全隱患比新電池大，內部可能存在鋰枝晶、材料結晶化等現象，熱失控溫度比新電池低，更易起火，并且反應的劇烈程度、燃燒產物等與新電池存在差別，需改進滅火劑、復燃抑制劑的用量，以及噴滅時間等指標，制定更合理的消防標準，減少產生安全問題時的損失。

以上均是梯次利用標準目前的完善方向，其中安全性標準的制定是重中之重，也是梯次利用電池產業發展的前提。

3 結論

對現行的動力電池國家標準體系及梯次利用動力電池國家標準體系進行了歸納和對比分析?，F有動力電池國標體系相對完善，而針對梯次利用電池國標的制定還處于起步階段。梯次利用電池有獨特的應用場景和性能特點，不能直接套用動力電池的國標體系。分析動力電池梯次利用產業發展的問題，提出了完善梯次利用標準體系的幾點建議，其中安全性標準的制定尤為迫切。探討新電池安全標準和梯次利用電池安全標準的差異和關系，提出無損的外特性測試與破壞性的濫用安全測試相結合的測試標準體系，以期為動力電池梯次利用標準體系的完善提供參考。