车用动力电池梯次利用的探讨

李波

摘 要：我国车用动力电池从2018年就进入了大规模的退役阶段。介绍了车用动力电池梯次利用的可行性以及经济价值，并对国家政策进行解读，深度剖析了梯次利用的困境与前景。提出梯次利用前退役动力电池需要进行测试评价。

关键词：车用动力电池;梯次利用;测试评价

1 前言

从防止污染环境[1]、资源循环利用[2]、经济性[3]三个方面考虑，退役的车用动力锂离子电池应该进行梯次利用和回收。

防止污染环境：锂离子电池制作的原材料中包含镍、钴、锰、锂等重金屬元素和碳材、石墨等材料。退役的动力电池进入环境后，这些重金属元素和碳材、石墨就会污染环境。锂离子电池的电解液如果不经过处理就进入环境，会严重污染环境。

资源循环利用：锂离子电池中的镍、钴、锰、锂等元素都是可以回收利用，这些金属元素总有一天会枯竭，因此需要对锂离子电池中的重要金属元素进行循环利用。另外锂离子电池中的石墨、铜箔的回收利用也是必要的。

经济性：退役动力电池如果先进行梯次利用再进行回收，就能够完全利用锂离子电池剩余价值。从动力电池的整个使用周期来看，梯次利用可以降低锂离子电池的使用成本。从经济学的角度来看，锂离子电池的梯次利用和回收具有较高的经济价值。

从动力电池的梯次利用的数据来看，2018年我国梯次利用的电池非常少。主要原因有三个：一是目前梯次利用的相关法规、标准才完成制定和发布，退役动力电池的梯次利用还未形成标准的流程和体系。二是退役的车用动力电池到梯次利用的中间环节中，需要对退役的电池进行测试并分类，然后在重新组装成可以使用的电池系统，最后应用到储能的场所中，从目前来看这个中间环节的成本很高，使得梯次利用的经济性变差。三是退役的车用动力电池已经使用多年，其使用寿命已经降低了很多，因此退役的电池即使用于储能，其使用寿命也很短，就使得退役电池的梯次利用不具有良好经济性。虽然从目前来看退役的车用动力电池的梯次利用的经济价值不高，但是随着后期退役的电池越来越多，行业经验的累积，未来车用动力电池梯次利用必将具有很好的市场价值。

2 市场研究

2017年中国新能源汽车的产销量在80万辆左右，2018年新能源汽车销量125.6万辆;预计到2020年我国的新能源汽车将达到300万辆。根据新能源汽车的销量测算，到2020年锂电池的需求将达到250GWh。从目前的试验数据来看，锂离子电池的使用寿命一般在5到8年，从2018年的数据来看，全年有一大批的车辆的新能源汽车电池被淘汰，我国退役的车用动力电池约为10GWh，对应的市场空间为60亿左右。同时高工锂电、各大券商等的预测，2020年动力电池回收市场的空间大约为150亿。目前退役的车用动力电池的市场主要为两种：一是梯次利用[4]：将退役的车用动力电池拆解后再应用到其他的领域中去，目前主要是作为储能电池。二是将退役的车用动力电池的重要材料进行回收，重新做成电池的原材料。

在如此巨大的市场面前，整车企业、动力电池生产企业、原材料企业、第三方的回收企业都在2018年里纷纷布局车用动力电池的回收：

比亚迪在2018年1月与中国铁塔公司签订新能源动力蓄电池回收利用战略合作伙伴协议。此外，比亚迪自身也早就开始了动力电池回收工作。

2018年3月，上汽集团（600104）与宁德时代签署战略合作谅解备忘录，探讨共同推进新能源汽车动力电池回收再利用。上汽通用还和格林美、赛德美、上海华东拆车股份有限公司、河南沐桐环保产业有限公司等企业合作共建回收网点。

2018年11月初，威马汽车与中国铁塔股份有限公司签署了战略合作协议，双方将在电池梯度利用、电池回收等方面展开合作。

3 政策导向

从2012年开始国家就开始考虑退役车用动力电池的处理问题。2012年6月28日，国务院下发的编号为国发（2012）22号文件《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）的通知》中要求制定动力电池回收利用管理办法。其目的就是为了建立动力电池体积利用和回收管理体系，引导动力电池生产企业加强对退役电池的回收利用，鼓励发展专业化的电池回收利用企业，严格设定动力电池回收利用企业的准入条件。

于2014年7月21日，国务院办公厅又下发了文件编号为国办发（2014）35号文件《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》中提出要研究制定动力电池的回收利用政策。该文件的发布主要是为了促进电池回收利用，引导各种资源进去电池回收利用产业，建立动力电池回收利用体系。

2015年，2016年，2017年工业化信息部联合相关部门或单独制定发布了电动汽车动力电池回收利用的技术政策、行业规范、管理办法、指导意见、管理规则、行动规范。通过这些政策逐步完善动力电池回收利用的文件体系。落实了动力电池回收利用的主体是汽车生产企业和动力电池生产企业。

2018年工信部联合多个部委发布了相关文件促进动力电池的回收利用，并以中国铁塔的电池梯次利用案列多次进行行业推广。在2018年2月26日发布文件编码为工信部联节（2018）43号《新能源汽车动力蓄电池回收利用暂行办法》，其中规定了梯次利用电池的编码规则;2018年3月5日发布文件编码为工信部联节函（2018）68号《关于开展新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知》中点名中国铁塔为梯次利用试点企业;2018年7月23日发布文件编码为工信部联节（2018）134号《关于做好新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知》中点名20个省市开展试点工作。

国家在宏观层面是主张动力电池进行梯次利用然后再进行资源化回收利用;在动力电池的梯次利用和回收上落实主体责任，即由整车生产企业和电池生产企业作为回收的主体，各自回收各自生产的新能源汽车和动力电池。不断完善动力电池梯次利用和回收的体系，并开展试点工作;不断完善行业规范，制定相关标准和文件法规。

4 梯次利用的困境

一是，从当前回收的动力电池的数据来看，退役动力电池的生产企业众多、电池型号不一。由于不同生产厂家生产的电池包的生产技术不同，电池包的拆解的方式就变得多种多样。由于型号和生产企业众多，拆解后的电池单体再重新成组的难度就会加大，电池单体间的差异会影响电池系统的的性能和安全。

二是，从动力电池的试验室数据来看，动力电池的容量减少20%大约需要2000次循环，从20%到80%大约需要500次循环。例如动力电池的生命周期为500个循环，当动力电池使用了500次后，虽然其各项性能指标良好，剩余可用容量为电池可用容量的80%以上。但是如果继续使用，其可用容量就会急剧减小，而且三元电池减小的趋势更快。也就是说退役的动力电池如果用作梯次利用，由于其寿命很短，经济性不好。

三是，从车用动力电池到梯次利用的过程中的一个重要环节是对动力电池进行测试标定，需要在保证安全性的基础上，尽可能的将差异性最小的电池单体组合在一起。而这个测试标定过程是必不可少的，但又会使得电池的梯次利用的成本增高。

5 梯次利用的前景

从这几年的动力电池市场来看，国内几家主要的电池生产企业几乎垄断了整个市场的装机量。以2018年为例：宁德时代以23.52GWh排名第一，市占率41.3%;比亚迪装机11.44GWh，市占率20.1%;排名第3到7名分别为国轩高科（3.09Gwh）、力神（2.07GWh）、孚能（1.90Gwh）、比克（1.74Gwh）、亿纬锂能（1.27GWh）。前七名约占装机量的80%。而且随着时间的推移，动力电池的市场占有率只会越来越集中。根据2018年的装机量数据以及对未来动力电池市场的占有率来看，随着时间的推移，退役动力电池的原生产企业也会越来越集中，型号也会减少。这样就会使得动力电池梯次利用的拆解和重新组装变得简单，可以更方便的进行分类，更方便的进行二次组装，更方便的对同一批次、同一类型的电池进行检测标定，也能够应用于更多的场合中，同时对于电池的资源回收利用也变得更便捷，梯次利用的成本也会降低。

随着近几年技术的不断进步，车用动力电池的使用寿命变得越来越长，动力电池性能的衰减过程变得越来越均匀，容量从100%衰减到80%与容量从80%衰减到20%所需要的寿命循环基本一样。而且处于生命周期末期的动力电池的安全性也能得到保障，尤其是磷酸铁锂电池，当日处于生命周期末期以后，使用过程依然十分安全。从目前梯次利用的案例来看，储能用电池是比较符合动力电池梯次利用的要求的，而且储能的市场也足够消化退役的动力电池。中国铁塔将动力电池梯级利用于通信基站的备用电源，取得了巨大的成功[5]。对该项目的各种资料进行全方位分析后发现，通信基站的备用电源在大部分的时间里都是不放电的。因此当退役的动力电池用作通信基站的备用电源时，在长达几年的时间里也不用经历几百次的充放电循环，这样就延缓了退役动力电池的使用寿命。

动力电池梯次利用的安全性和使用寿命对梯次利用来说十分重要。只有知道了电池的安全性和使用寿命才能够更好的使用退役的动力电，发挥其剩余价值，应用到合适的场所中去。随着这几年行业规范的不断完善、相关体系的建立、标准的制定，使得退役动力电池的检测标定变得更加规范化和专业化。另外国家要求构建新能源汽车国家监测与动力蓄电池回收利用溯源综合管理平台，平台以电池生产时的编码为信息载体，一直到电池死亡进行全生命周期的追溯和数据记录。这样就使得退役动力电池在检测标定前可以清楚的知道其所有情况，同时也更方便对同一型号、同一批次的电池进行检测标定，这样就能降低电池梯次利用过程中的成本。目前对于动力电池的回收，国家将落实谁生产谁回收的主体责任[6]，这样就会使得电池的梯次利用更加同类化同质化，使得退役动力电池的检测标定变得更加方便和快捷，也会降低检测标定的成本，最终使得梯次利用的成本降低。随着动力电池梯次利用过程检测标定试验数据的积累，有理由相信以后能够根据电池的生产企业、型号、使用过程等参数直接对退役电池的安全性和使用寿命进行预测。

6 梯次利用电池的测试评价工作

退役车用动力电池的回收主要分为三步：首先建立回收网络，将退役的动力电池进行回收、拆解、分型号分批次的归总;然后对回收的电池进行详细的评估，根据评估的数据决定电池是进行梯次利用还是回收;初步评估后的电池，对于回收的电池进行拆解和化学处理，对于梯次利用的电池，需要对其进一步的评估，根据评估的数据决定应用场所。

对于动力电池回收第二步的测试评价工作，目前还未取得阶段性的进展。同时动力电池回收第三步中的评估工作也需要对退役的动力电池进行测试评价。退役的动力电池的测试评价工作十分重要。如果不事先对动力电池进行测试评价，则会让具有剩余价值的动力电池不能发挥其剩余价值就直接用于资源回收。另外如果不对退役动力电池的安全性进行测试评价，有可能会导致安全事故;如果不对退役动力电池的使用寿命进行测试评价，就将这些电池进行梯次利用，不仅不能发挥退役动力电池的剩余价值还会造成更多的资源浪费。

因此未来电池的梯次利用，应当由第三方加测机构，依据相关的标准对同一型号、同一批次、同样使用环境的电池进行测试评价，主要对退役动力电池的安全性、使用壽命进行测试评价，最后根据测试结果，出具评价报告，并将该份报告上传到一个管理平台中。这样同一型号、同一批次、同样使用环境的退役动力电池的梯次利用才能更安全更合理。

参考文献：

[1]杨见青，关杰，梁波，等.我国废弃磷酸铁锂电池的资源化研究[J].环境工程，2017，35（2）：127～132.

[2]朱国才，何向明.退役锂离子动力电池的拆解及梯次利用[J].新材料产业，2017（9）： 43～46.

[3]贾晓峰，冯乾隆，陶志军，等.动力电池梯次利用场景与回收技术经济性研究[J].汽车程师，2018（6）：14-19.

[4]陶志军，贾晓峰.中国动力电池回收利用产业商业模式研究[J].汽车工业研究，2018（10）：33-40.

[5]世宏.梯次电池在通信基站储能系统的应用[J].中国新通信，2019（1）：1.

[6]王攀，李龙辉，徐树杰.基于生产者责任延伸制度的动力蓄电池回收利用管理制度研究[J].中国资源综合利用，2018（10）：78-80.