淺談退役動力電池綜合利用方法和發展路徑

褚兵，楊厚東

（安徽巡鷹新能源集團有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

隨著中國新能源汽車行業的迅猛發展，各種車用動力電池也將迎來呈指數增長的退役浪潮。2020年全年動力電池回收量已達26.69GWh，截至2021年9月底，我國新能源汽車累計總產量超770萬輛，動力蓄電池累計配套量約360GWh，據預測，至2025年動力蓄電池累計退役量將超120萬噸[1]。解決好動力蓄電池回收問題，有利于與環境協調發展、緩解戰略資源約束、保障產業安全。所以面對如此廣闊的市場前景，退役動力電池的回收和梯次利用行業逐漸吸引了各個領域的炙熱目光，不論是政府還是企業，都希望能夠把握住這一市場浪潮，在這條前景廣闊的賽道上爭得先機。

1 動力電池回收及梯次利用的意義

首先，從研究動力電池回收與梯次利用的意義上來看，中國已經是全世界最大的動力電池交易市場，面對如此大量的動力電池的集中退役，進行動力電池回收與梯次利用的工作，不管是從經濟效益還是環境效益的角度來看，都具有重大的必要性與現實意義。

電池回收有著巨大的經濟價值。在目前上游材料生產成本持續增加的情形下，三元及磷酸鐵鋰電池回收的價值體現相對提高。比如三元電池拆解后可以做銅、鈷、鎳等金屬資源回收，按含有色金屬價值量計算，明年中國國內的動力電池回收市場規模將達數百億元，并且在未來還會隨新能源行業的發展而不斷擴大。

此外，從環境安全視角考慮，由于廢舊動力能源電池中包含大量各種重金屬物質和有機質、電解質，泄露產生的廢液和燃燒后產生的廢氣，都會對生存環境和人類健康帶來負面影響，增大環境保護、污染防治工作的難度和壓力。所以進行動力電池退役處理和梯次利用工作，也是一個很重要的生態建設任務，符合國家環保政策及推進“雙碳”目標的要求。

2 先梯次利用后回收利用的原則

國家多部委聯合出臺的《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》中提出，廢舊動力蓄電池的利用應遵循先梯次利用后再生利用的原則。動力電池的性能衰減問題無論從理論上還是實踐上都是不可避免的，當電池發生衰減后直接給報廢掉，哪怕是直接對其進行資源回收，從現實的角度上講，都存在一定的浪費。國內動力電池的產能面對不斷上漲的需求量已經感受到了壓力，而從全球來看動力電池供需缺口都在持續擴大，甚至可能在未來出現“電池荒”現象。如果不對動力電池加以梯次利用，不僅是增加了其運用成本，降低了其性價比，同時也會進一步加重動力電池供需不平衡的現象。性能衰減后的動力電池可以通過重新篩選、測試、分容、配組等環節后，使用在其它相對來說對電池性能要求較低的領域，比如低速電動自行車、家用備用電源等。但如果動力電池的各項數據指標衰減到無法開展梯次利用時，則必須進行拆解處理，或者作為回收資源處置

3 動力電池梯次利用的模式探索

過去幾年我國動力電池產業飛速發展，雖然可梯次利用的電池數量迅速增多，但是很多梯次利用企業或者是動力電池回收企業并沒有做好前期的數據統計和跟蹤工作。加上退役電池的性能和規格參差不齊，不同廠家或需求商可能提供各種不同標準和檢測要求，很大程度上增加了對市場上現存梯次利用電池的數量規模、質量、流向等問題的調研難度[2]。目前梯次利用的市場規范程度已經比前些年進步了很多，但是相關政策還是處于一個實驗探索階段，所以國內與動力電池梯次利用相關的大規模項目也都還是在一個探索階段。

從行業角度來說，磷酸鐵鋰電池比三元電池在梯次利用領域更加有發展前景這一行業共識，是由于電池自身性質決定的。磷酸鐵鋰電池雖然沒有三元電池的回收價值高，但其耐高溫、使用壽命長，耐過沖、過放、過壓等性質，使它在梯次利用以及電力儲能行業會更有優勢。隨著電池性能的提升以及成本大幅下降趨穩，現有及未來動力電池梯次利用的價值大大提高，國內企業在電池回收和梯次利用領域的布局愈加明確。2018年年初，中國鐵塔與重慶長安、比亞迪、銀隆等16家新能源企業，簽約《新能源汽車動力蓄電池回收利用戰略合作伙伴協議》探索動力電池梯次利用的模式。

梯次利用不僅能從商業模式上進一步降低電池成本，同時儲能電池成本的降低，也能推動更多的儲能應用場景和市場[3]。不同儲能場景對電池要求不一樣，所以退役動力電池梯次利用適用的場景和商業模式是下一個需要摸索的難題，國外梯次利用的創新嘗試對剛剛起步的國內市場有很大的借鑒意義[4]。

4 動力電池梯次利用技術難點

首先動力電池梯次利用的一個研究重點，就是如何保證梯次利用后的動力電池能夠在使用壽命和電池性能上滿足下一批客戶的需求。質量不合格的梯次利用電池同樣也是無法進入市場的，無法起到預想中提升動力電池使用性價比的作用。

目前在處理動力電池的梯次利用時，首先進行的第一步就是對電池的剩余壽命進行檢測，可以說壽命預測是開展梯次利用技術的第一關。而且這一關的難點在于電池的充放電過程作為一個化學反應發生的過程，整體上不易把控。在不同的地區和狀態下，電池的消耗速率并不一樣，甚至會在同一時間退役的同一批電池中出現不同的衰減速率。

現在較為普遍的壽命預測過程主要分為以下幾個階段。首先是最基礎的外觀分析階段，主要是通過檢查電池的外觀是否有鼓包、膨脹、漏液等現象。存在此現象的電池將直接作為回收資源處理，而外觀無異常的電池就可以進入充放電測試階段。通過測試得到電池的電壓、電阻、電池容量等數據，對照標準后符合各項數據標準要求的電池則可以進入下一階段。在這一階段里會對電池進行進一步的分類和分級[5]。所以即使是梯次利用電池，它在行業內也是有相應的質量等級區分標準的。并且不同等級的電池會應用在不同的場景下，同級電池間由于具有相似的性能，通常是被組成模組來進入合適的應用場景。

5 動力電池回收及梯次利用的路徑

動力電池的回收主要采用的是電池拆解材料回收，通過對電池進行破碎，生成正極粉末、負極粉末，再將其中的相關金屬進行回收。電池的電極材料不同，回收后的產物也不同。在這個過程當中會產生一定的環境污染問題，所以國家對于從事電池拆解行業的人員資格、進行拆解的場地環境等要求都在不斷地完善和提高。

梯次利用方面目前著重發展的一點是進一步發揮大數據追溯系統平臺的作用。以新能源汽車國家監測與動力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺為例，截至2021年8月底，平臺接入電池包共計1018.94萬包，電量合計超300GWh。完善全面的大數據平臺的建立是第一步，推廣及應用是第二步，從中獲取數據來對整個梯次利用市場進行數據分析、掌握市場宏觀情況，避免尚未完全成熟的市場陷入混亂或盲目之中則是進一步的目標。

大數據追溯系統應該建立從電芯到電池包到車載動力電池運行過程的全監控。每一個電芯都有其唯一的代碼，可以通過代碼找到其初始設計信息和生產信息，這是能夠建立大數據追溯平臺的基礎條件。在后續的電芯加工過程中，不論被加工成模組還是電池包，只要能夠在這個過程中持續上傳數據，保證數據監控不間斷，就能夠通過系統實現從成品反向追溯到基礎電芯環節的溯源功能。

6 目前主要的動力電池回收模式

對于無法進行梯次利用的報廢電池，就要通過技術手段進行拆解回收。2018年2月，國家工信部牽頭的七部委發布《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，具體指出了實施生產者負責延伸機制，把車輛制造企業置于負責的第一位，同時也引導整車企業、電池生產企業、回收企業等聯合起來，共建收集渠道。目前很多相關的大型企業間都主動建立起了合作關系，如寧德時代與邦普、格林美與比亞迪以及東風。另一種常見的處理模式則是交給第三方回收，使得這一領域也逐漸出現了一些上規模的企業。

此后工信部又于2019年10月31日發布《新能源汽車動力蓄電池回收服務網點建設和運營指南》，提出新能源汽車生產企業及梯次利用企業在銷售區域內，可以通過自建、共建、授權等方式建立回收服務機構。目前國內超過新能源汽車總產量90%的企業，已經開展了不同程度的回收服務網點建設。

7 結語

2021年8月27日，工信部等五部門聯合印發《新能源汽車動力蓄電池梯次利用管理辦法》，明確了梯次產品生產、使用、回收等全過程的管理要求，指明了梯次產品應用方向，為梯次利用行業規范化發展奠定了重要的政策基礎；2021年4月29日，動力蓄電池“共建共享”回收服務體系正式啟動，納入43個回收服務網點，集中覆蓋北京、上海等26個地級市，開始探索更加低成本、高成效的回收服務網點建設方法。可以看出雖然目前在整個電池梯次利用和電池回收行業還存在著很多問題，例如法規約束力不足、安全環保等強制性標準缺位、跨部門協同監管機制不成熟等等。但在政府各級部門的政策扶持和廣大電池產業鏈企業的共同努力下，通過借鑒國內外的成功經驗，一定會形成更加完善、更加科學、能夠實現綜合利用的動力電池回收和梯次利用產業鏈。