新能源汽車動力電池回收模式探究

陳小長

摘 要：本文通過闡述總結我國現階段新能源汽車動力電池發展的重點，分析提煉出新能源汽車動力電池回收的意義及國內外發展現狀，在此基礎上構建出新能源汽車動力電池回收路線，對新能源汽車動力電池的回收模式進行了探究。

關鍵詞：新能源汽車 動力電池 回收模式 回收渠道

1 引言

動力電池是新能源汽車的核心總成，關系到新能源汽車的安全性、動力性、經濟性續駛里程壽命與充電方便性等。動力電池的發展仍以保證電池可靠性和安全性，提高電池比能量、比功率，降低成本為主要目標。實現動力電池的性能升級，提升動力電池智能制造水平，研發動力電池回收再利用技術，是目前動力電池主要的發展方向。

2 新能源汽車動力電池發展重點

2.1 動力電池新材料、新體系

開展鋰硫電池、全固態電池、金屬空氣電池等下一代電池技術的研究。研究開發具有良好導電性和穩定性的正極材料。制備高安全性、高穩定性、循環性能好的金屬合金負極。開發高電導、寬電化學窗口和高熱穩定性的新型液態電解質、聚合物固體電解質和無機硫化物固體電解質。降低電池的內阻，提高充放電效率，研究新體系電池設計及制備工藝。

2.2 動力電池安全性及長壽命技術

探究電池熱失控機理、熱失控誘因和電池最大產熱來源，開發具有針對性的安全技術，顯著提高電池單體安全性。研究高比能量電池壽命失效機制。研究抑制正、負極材料及電極結構劣化技術。研究新型正、負極材料體系電池的長壽命電化學匹配技術等。

2.3 動力電池設計及仿真技術

研究電池單體設計開發技術。基于電化學模型，研究電池單體電、熱耦合仿真技術及壽命、安全性仿真技術。開展電池單體及電池系統在全壽命周期下的整車等效使用仿真技術研究。

2.4 動力電池及其關鍵材料產業化技術研究

開發新型高比能量動力電池關鍵正、負極材料制備技術，開展新型動力電池產業化技術研究、智能制造技術研究。

2.5 動力電池系統及控制技術

研究電池成組和電池控制等技術。研究動力電池不一致性演化機理和控制方法。從電池單體、電池模組、電池包幾個層面開展機、電、熱安全設計研究，構建電池管理系統的安全策略。基于系統安全思想，對熱失控原理、過程和防控方法開展系統性研究。開展基于整車需求的電池包設計、電池系統安全性在線監測、安全策略集成、安全性測試驗證等。

2.6 動力電池測試分析技術及標準體系

研究動力電池關鍵材料、單體電池的測試評估技術，研究電池老化過程中的電池性能衰減機理，研究電池熱穩定性的表征技術，研究動力電池安全性測試評價方法等。完善動力電池尺寸規格、電性能、可靠性及安全性、電池回收利用等標準體系。

2.7 動力電池梯次利用及資源回收技術

研究電池可靠性、安全性評估技術，以及電池使用壽命預測技術。建立電池編碼制度及相關數據監測系統。研究梯次利用電池結構設計及管理系統開發。研究廢舊電池分級梯次利用系統。研究專用拆解及相關材料回收設備。測試一拆解一深度破碎技術，以及金屬元素復雜溶液提純與循環利用。

3 新能源汽車動力電池回收的現實意義

3.1 環保和人類健康訴求

廢舊動力電池環境危害大，不經回收處理將造成嚴重污染。動力鋰離子電池雖不含鉛、鎘、汞等重金屬污染物，但報廢的動力鋰離子電池對環境仍有明顯危害性。這不僅僅對環境造成影響，不滿足環保的訴求，而且可能還會對人類健康造成一不可逆的危害，可能成為各類嚴重疾病的誘因，大大危害社會的穩定。

3.2 戰略價值

我國已探明鈷、鎳資源儲備量分別僅為 8萬噸和280 萬噸，占世界總儲量的比重極低。并且我國鋰資源實際供應能力較弱，對外依存度高。我國動力電池再生利用企業對鈷鎳錳的綜合回收率應不低于 98%，鋰的回收率不低于85%，金屬回收率已經達到了較高水平。

3.3 經濟性

廢舊動力電池的資源性強，再生利用的價值高。退役后的鋰離子動力電池的正極、負極、隔膜、電解質等電池材料中仍含有大量的有價金屬（鋰、鎳、鈷、錳、鋁、銅等）和其他可再生利用成分（石墨等），蘊藏的資源品類豐富，仍具備極高的再生利用價值。其中正極材料的資源價值最高，為再生利用的主要對象。

4 新能源汽車動力電池梯級利用及資源回收技術發展現狀

4.1 動力電池梯級利用發展現狀

隨著新能源汽車產業的迅速發展，需要考慮動力電池使用壽命終結后，動力電池的梯級利用及回收處理等問題。動力電池梯級利用是指車用動力電池的性能衰減到一定程度，達到了壽命終止的條件（通常為動力電池額定容量的70%～80%），但可以滿足電動汽車外的其他應用領域的性能要求，因此動力電池的梯級利用具有很大的可行性和潛在的市場空間，如用于風/光儲能、智能電網的削峰填谷、偏遠地區分布式供電、通信基站的后備電源以及家庭電能調節等領域。

目前，動力電池的梯級利用在國內外均處于研發及示范驗證階段。國家電網公司及其下屬公司開展了電動汽車動力電池梯級利用技術研究與示范，對動力電池的高效梯級利用進行了初步探索。動力電池的梯級利用要深入考慮電池二次使用的相關領域，不同應用對電池使用的技術要求、電池使用的產品設計設評價等，建立動力電路回收處理的標準體系已成為迫切需要解決的同題，包括回收電池的分速和配組體系的建立、電池回收處理標準流程的形成。對動力電池梯級利用的研究也會促進動力電池生產和設計的完善，如動力電池單體及模塊的規格化和標準化，以及一致性的提升等。

4.2 動力電池回收管理發展現狀

國外已形成比較完善的電池回收管理體系，但對近年出現的電動汽車動力電池和未來規模化儲能電池仍缺乏回收經驗和技術。我國電池回收企業對含鎳及鈷的鋰離子動力電池（如鎳鈷錳和鎳鈷鋁等）的處理技術基本成熟，但在安全高效拆解、電解液溶劑的高效收集及廢液廢氣處理等環節仍需進一步改進。對于不含鎳及鈷的動力電池（如磷酸鐵鋰和錳酸鋰等），目前全世界范圍內尚未有經濟可行的回收技術及方案。

目前，我國電池回收利用管理體系仍不健全，主要表現在針對電池回收、運輸、拆解和綜合利用等環節尚無具體的法規及實施細則，缺乏相關的管理制度和經濟激勵制度，導致廢舊電池回收行業無序競爭以及回收過程中的環境污染和資源浪費等現象十分嚴重，直接影響了電池回收行業的發展。

5 新能源汽車動力電池回收路線構建

5.1 預期目標

（1）到2023年，開發動力電池單體、動力電池模組、動力電池包的自動化拆解技術，研發動力電池單體自動化拆解設備，實現銅、鐵、鋁等低值金屬的物理回收率達到70%；開發正極材料和鋰回收技術，實現鎳、鈷、錳等有價金屬的化學回收率達到98.5%以上，鋰的化學回收率達到60%以上；開發石墨回收技術。

（2）到2025年，開發動力電池模組、動力電池包的自動化拆解技術，研發動力電池模塊自動化拆解設備，實現銅、鐵、鋁等低值金屬的物理回收率達到80%；研發正極材料和改進鋰回收技術，實現鎳、鈷、錳等有價金屬的化學回收率達到99%以上，鋰的化學回收率達到70%以上；突破石墨回收技術，實現石墨回收利用率達60%以上。

（3）到2030年，實現動力電池包的自動化拆解技術，研發動力電池包自動化拆解設備，實現銅、鐵、鋁等低值金屬的物理回收率達到95%；改進正極材料和鋰回收技術，實現鎳、鈷、錳等有價金屬的化學回收率達到99.5%以上，鋰的化學回收率達到80%以上；改進石墨的回收技術，實現石墨回收利用率達70%以上。

5.2 差距分析

5.2.1 電池回收技術儲備不足

回收廢舊鋰離子電池安全性差，容易出現短路，造成局部過熱而自燃甚至爆炸；拆解過程設備的自動化程度低、處理效率不高；收集和回收技術不完善容易造成二次環境污染。

5.2.2 動力電池回收管理體系不完善

未出臺專門的動力電池回收管理規定，缺乏生產者責任延伸制度，回收責任主體不明確。

5.2.3 實現路徑

建立動力電池回收體系的標準體系，包括全國統一的動力電池信息編碼標準、動力電池管理系統的統一通信協議標準等，推動動力電池回收利用的關鍵技術。

6 新能源動力電池回收模式的構建

6.1 第三方回收模式

第三方回收企業作為電池回收主體，自主建立回收網絡完成從電池回收到資源化利用全過程的商業模式。以格林美為回收代表企業進行分析：格林美注重回收網絡和產業合作生態建設，同時致力于打造新能源全生命周期價值鏈，在動力電池回收業務領域建立起了產業鏈優勢。

關鍵成功要素一：保障資源渠道，構建回收網絡

公司通過深化產業鏈上下游協同發展不斷拓寬渠道，廣泛布局回收基地，并與合作方攜手成功在南非、韓國、印尼布局動力電池回收基地、實驗室等，預計在2023年在歐洲布局回收工廠，輻射全球。

關鍵成功要素二：打通新能源全生命周期價值鏈

為打造動力電池全生命周期價值鏈閉環，公司攻克了多項回收技術難題，并聚焦于新能源關鍵原料的定向循環模式，保障了新能源材料再造原料供應體系的安全，實現了從廢料到原料到高端品牌產品的循環再造和精深加工模式。

近年來格林美電池回收產能及業務收入實現快速增長，公司將“做大回收”列入其發展戰略之一，伴隨電池退役潮的來臨，未來公司動力電池綜合利用規模將進一步擴大。

6.1.1 電池回收綜合利用產能快速攀升

格林美動力電池回收與梯級利用量展現出強勁增長勢頭，預計2023年動力電池回收量達到3萬噸，梯次利用量接近2Gwh；目前已披露動力電池回收的產能設計總拆解處理能力為21.5萬噸/年，拆解再生利用規劃產能總量接近70萬噸/年，梯次利用產能規劃超11GWh。

6.1.2 電池綜合利用業務將成為增長引擎之一

公司持續深耕前沿核心技術，提前進行技術儲備，提高動力電池綜合回收利用能力。2025年公司回收目標是2021年回收處理量的20倍以上，隨著電池退役潮的到來，預計動力電池回收及梯次利用業務將成為公司未來營收主力貢獻者。

6.2 電池生產商回收模式

電池生產企業作為電池回收主體，利用渠道優勢打造對電池材料的閉環回收與廢舊電池梯次利用的商業模式。以寧德時代為回收代表企業進行分析：寧德時代近年來進一步完善公司在鋰電新能源產業的戰略布局，發揮產業協同優勢，前瞻性布局回收業務以增強公司電池材料供應的保障。廣東邦普是目前國內領先的廢舊鋰電池回收處理及高端電池材料生產的國家級高新科技企業之一。邦普循環總部位于廣東省佛山市，目前在全球已設立廣東佛山、湖南長沙、寧德屏南、寧德福鼎、湖北宜昌、印尼莫羅瓦利、印尼緯達貝七大生產基地。邦普循環“一核兩翼”的產業布局，助力寧德時代形成電池關鍵材料的內部循環，提高自身供應鏈成本優勢。

據寧德時代統計，2022年第一季度，共有2.13萬噸廢舊電池被回收，并用于公司1.8萬噸電池前體的生產，內循環體系優勢將逐漸突顯。邦普一體化產業園的建立有利于進一步完善寧德時代在鋰電新能源產業的戰略布局，發揮產業協同優勢，保障電池材料供應。預計2035年之后，寧德時代將能夠通過回收退役電池材料來滿足很大一部分原材料需求，實現閉環供應鏈。

6.3 整車企業主導的聯盟回收模式

產業聯盟模式是理論上較為理想的一種商業模式，多由整車企業牽頭，運用產業鏈上下游各成員企業的經銷服務網絡和回收技術實現回收業務的增效降本、減少市場惡性競爭，但在實際商業化運營層面仍在初步嘗試階段。以比亞迪為回收代表企業進行分析：比亞迪依托對電池核心技術的把握和電池裝機規模的優勢，自建電池回收的關鍵產業鏈環節，完成產業鏈閉環。依托自有品牌新能源汽車銷售放量，比亞迪的動力電池裝機量穩步攀升，自有品牌退役電池回收即可形成規模。比亞迪在自身生態內部打造了“電池生產—整車生產—電池回收—篩選評估—再生利用”的完整端到端的產業鏈閉環。

在回收渠道方面，比亞迪在全國設有由51家專門電池回收網點和授權經商組成的退役電池回收網絡。在評估篩選方面，比亞迪旗下的寶龍工廠對退役電池進行拆解評估，選擇合適方式對電池進行綜合再生利用，憑借對閉環價值鏈帶來的核心技術把控，實現高效的精細化拆解回收。

在拆解回收方面，比亞迪旗下的惠州材料工廠統一負責回收正極材料，此外于2015年與格林美在拆解回收方面達成了戰略協作。

7 結語

新能源汽車動力電池回收技術是動力電池未來發展的重點方向，因為它不僅關乎到人類的健康與環境發展的需要，而且對緩解資源約束，提升經濟性都有著重要的意義，因此如何進一步構建出更好更優的動力電池回收模式顯得尤為重要。

項目基金：本文系2022年度廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“綠色發展背景下新能源汽車動力蓄電池回收模式探索與研究”（2022KY1089）研究成果。

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