退役动力电池梯次利用相关政策对比分析

2021-06-10李建林王哲许德智刘道坦

现代电力 2021年3期

李建林，王哲，许德智，刘道坦

（1.储能技术工程研究中心(北方工业大学)，北京市石景山区 100144；2.江南大学物联网工程学院，江苏省无锡市 214122；3.蓝谷智慧(北京)能源科技有限公司，北京市大兴区 100176）

0 引言

我国电动汽车在近几年里使用规模快速扩大，动力电池退役的期限已经到来[1]，到2020年底我国累计退役动力电池超过25万t[2]。根据目前相关数据进行推算，预计未来几年的动力电池将要进入退役高峰期：退役动力电池的回收量庞大，预计2021—2022年动力电池的回收量将达到36～40万t/年。按照中国汽车产业中长期发展规划，在2025年我国新能源汽车销量占总销量比例达到20%以上[3]，同时动力电池累计退役量达到78万t左右，其中约有55万t退役动力电池可进入梯次利用环节，动力电池梯次利用市场进一步扩容。

退役动力电池仍有很大的使用空间。动力电池主要的材料是：Li、Co、Ni、Mn、Fe、Al、C等[4-7]。其中，Co、Ni、Li等金属在我国的储量相对较小，进口依存度高，回收价值较大[8-9]。对退役动力电池进行大规模回收，可以有效弥补我国Li、Co、Ni等电池材料的资源短缺现况[10]，若将其采用梯次回收的方式对电池进行再利用，可以在不同应用场景下继续供电[11]，可节约和高效利用大量的资源[12-13]；由于动力电池中含有大量有害重金属，将动力电池梯次利用，避免了大规模废旧动力电池的随意搁置和废弃，减少废弃电池对人体和环境的污染[14-16]，很大程度上保护了我国本土的生态环境；退役动力电池在使用一定周期或发生剧烈碰撞后，锂电芯内部正负极隔膜就会容易发生错位，使得电池内部正负极直接相连，产生短路，进而引起电池自燃[17]。若加强退役动力电池梯次回收利用工作，将有利于实现废旧动力电池的规范、安全处置，消除安全隐患。

由于新能源汽车市场的迅速发展以及梯次利用电池的使用空间，退役动力电池的梯次利用行业一直备受关注。截止至2020年10月，国家已颁布多个退役电池梯次利用相关政策[18]。但是，退役动力电池梯次利用一直处于一种难以实施、难以管控的情况，若梯次利用相关政策能够细化至全国各地，动力电池梯次利用可以逐步规范化，由示范工程牵头，带领更多的试点企业参与动力电池梯次利用项目，并将动力电池梯次利用的范围逐步推广，必能在退役动力电池梯次利用方面节约更多的资源，更有效地保护环境[19]。

1 我国梯次利用现状分析

2015年动力电池累计报废量约在2～4万t左右，到2020年底，我国仅纯电动乘用车和混合动力乘用车动力电池累计报废量将达到12～17万t的规模[20-21]。其中，报废量中的电池包含退役梯次利用的电池和拆解回收的电池，根据有关数据，预测未来用于梯次利用的电池累计退役量如图1所示。

退役动力电池的整个全寿命周期约为20年，但动力电池在新能源汽车中使用的寿命只有3～5年[22]。我国相关行业的权威人士在动力电池回收过程方面可能更多的还是看中再次利用，形成多批次的使用。由图1可看出，未来动力电池退役规模正在逐渐扩大，这也意味着动力电池退役的管控也会越来越艰难。若没有强有力的政策标准对如此大规模的动力电池退役情况进行制约，将会导致退役动力电池市场秩序混乱。

图1 未来动力电池退役规模预测图Fig.1 Prediction chart of power battery retirement scale in future

图2 动力电池梯次利用预估图Fig.2 Estimated drawing of cascaded utilization of retired power battery

如图2所示，从利用价值的角度分析，退役后进行梯次利用的动力电池在之后的利用价值越来越高，预计2022年梯次利用价值将达到80亿元以上。从实用性的角度分析，其使用成本约为1000元/kW·h，性价比远超过铅酸电池，因此动力电池梯次利用具有很大的竞争力。看到了梯次利用的广阔前景，一些企业发现了此领域的机遇并开始在此领域逐步探索[23]。如北京匠芯电池研发了梯次利用光储系统，深圳比亚迪等企业生产用于备电领域的梯次利用电池等。

我国在电池梯次利用的技术研究方面处于起步阶段，技术难点有重组技术、寿命预测和离散整合技术等[24-26]。梯次利用技术的核心要求是保证目标产品的品质和安全。具体而言，一是来料的品质安全控制，二是目标产品的生产过程控制，还有目标产品的控制和设计。目前国家把梯次利用检测技术作为重点研究，检测技术要求对退役电池包进行健康指数评价，包括电芯评估、电池包电性能检测、电池包的可靠性检测、电池包/模组外观检测。通常情况下，电芯的性能评估分为寿命评估、安全性评估和可靠性评估，包括电池包的可靠性、电池包连接件可靠性以及管理系统硬件的可靠性等。电池包电性能检测能够排除安全隐患。此外，直流内阻的变化、电压差的变化以及电池包外形的变化等，都在健康指数的评估内容中。其中，从电池包的外形来看，在车载过程中难免会发生意外，比如车祸、内涝，都会引起一系列外部构件的变化，因此电池包外形变化也需要评估[27]。

对于梯次电池应用的场景来看，通信基站备电、电网储能和低速车这3个应用得最为广泛[28-31]，如图3所示。

图3 电池梯次利用主要应用场景图Fig.3 Scene graph of main application of cascaded utilization of retired power battery

通信基站是我国退役动力电池主要梯次利用的应用场景之一。中国铁塔公司已在约12万个基站中使用梯次电池约1.5 GW·h，替代了约4.5万t铅酸电池。中国铁塔公司目前约有200万个基站，按单站电池容量需求约30 kW·h测算，该公司未来可能消纳约200万辆新能源汽车的退役电池[32]。杭州某供电公司在通信基站中增加了100 kW·h的动力电池，这些动力电池与原有的电池共同出力，保证了信号的稳定传输。

电网储能领域中，国内首个电池梯次利用电网侧储能电站在南京开建，利用电池的余电继续为变电站和数据中心等设施供电，大幅提升了储能电池的经济性和可利用性，随后国内其他省市纷纷效仿：浙江省某微网储能项目为创造新的经济价值和起到削峰填谷的作用投运了电网储能电站，深圳市某两家公司合作建设了2.15 MW·h/7.27 MW·h梯次电池储能项目，用于工业园区，以实现削峰填谷的功能和为电网提供辅助服务。

在低速车领域中，某公司将退役动力电池安装在低速电动车上使用，也有其他公司在低速快递物流车上使用退役动力电池。根据统计，退役电池应用成本约为650元/kW·h，其收益要比铅酸电池用于低速车上的收益大很多。根据已有数据预测，在今年年底，预计低速车用退役电池成本低于300元/kW·h，收益在450元/kW·h以上。

电网储能、通信基站和低速车等领域是大规模消纳退役电池的有效手段。梯次利用给电网储能等领域的低成本化带来重大机遇，有望最大化发挥电池全寿命周期价值，因此有必要出台梯次利用政策来把握住此机遇。

2 国内退役动力电池梯次利用政策

国家从2010年就开始颁布退役动力电池激励政策，鼓励梯次利用企业研发梯次产品与技术，并围绕电池性能评估、分选重组、电热安全管理开展了大量研究工作，并在退役电芯一致性评测、模块直接重组利用等方面取得突破，但仍面临容量衰退预测难、快速批量分选技术缺失和安全故障演变机理不清晰等问题。

近年来，随着梯次利用示范规模逐渐增大及应用场景的多样化，上述问题叠加放大效应愈加突显，现有技术储备无法满足规模化工程应用的安全性和经济性要求。为此，国家仍需针对退役动力电池梯次利用的安全和经济问题进行综合考虑，国内政府机构需要利用出台的政策来推动相关技术问题的突破使得梯次利用的应用能够实现效益最大化。

2.1 国家顶层政策

梯次利用能够发挥出退役动力电池的最大价值，实现循环经济的利益最大化，动力电池梯次利用的前景是广阔的，但是实践起来不太容易。退役动力电池性能和规格参差不齐，难以实现集中式管理，以及检测配比难度高，实现电池的电压均衡较难等因素，增加了退役动力电池梯次利用产业化的难度。如果动力电池梯次利用的管理和技术水平能够提升起来，那么它的广阔前景就可以得到实现。所以，需要国家制定相关的政策来鼓励并支持各个地方企业参与到动力电池梯次利用的机制中来。为加强新能源汽车的退役动力电池梯次利用管理水平，保证梯次利用电池的安全性和质量，国家相关部门出台措施以扶持动力电池梯次利用，已颁布的一些动力电池梯次利用政策如表1所示[33-35]。

表1 退役动力电池梯次利用相关政策Table 1 Relevant policies for the cascaded utilization of retired power battery

《新能源汽车动力蓄电池梯次利用管理办法》（征求意见稿）的提出可通过即将建立的数据管理平台加强新能源汽车动力蓄电池梯次利用的企业管理水平，通过即将完善的各个环节形成的梯次利用体系提升资源的综合利用水平，并且通过制定的检测机制来保障梯次利用电池产品的安全性。

《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》（征求意见稿）的提出可通过技术和设备对不同类型的电池进行梯次利用过程中的步骤，包括检测、分类、拆分和修复等，尽可能地替换掉以前缺点较多的技术和设备，从而发挥出创新的技术和设备节约资源、减少成本等优势。

国家工信部、科技部等部门发布的政策中包含了退役动力电池梯次利用的总体要求、综合管理、提高应用、鼓励实施等方案，这些政策表明了国家对梯次利用很重视，但这些方案大体是缺乏细节制定的，如梯次利用的具体生产线流程、退役电池线上线下交易和退役电池产品的规格尺寸等等，要落实到省、镇地区有一定的困难。因此，退役动力电池梯次利用领域亟待相关政策的完善，扩大退役动力电池梯次利用的管控范围，使得退役动力电池市场秩序更加稳定。

2.2 地方相关政策

为了进一步细化退役动力电池梯次利用颁布的国家政策，各级地方政府纷纷对此做出响应，部分退役动力电池梯次利用地方政策如表2所示[36]。

福建省、湖南省和海南省发布的地方政策都重点把互联网技术与废旧动力电池梯次利用相结合，发挥出互联网实时传递信息和资源共享的优势，福建省发布的梯次利用政策主要是通过建立交易和回收平台，利用互联网与客户进行线上交易和交流，为客户的需求带来了便利；而湖南省和海南省发布的梯次利用政策则主要是构建产业回收网络体系信息数据库，以实现动力电池产品的来源及去向追踪，一旦车辆的蓄电池出现异常，电池监控系统就会及时监测出来，可以从远端追踪使用该电池的车辆信息，提升了动力蓄电池梯次利用的监控性能。

京津冀地区、四川省和广东省政策主要强调了加快梯次利用的关键技术研发，为推广动力电池梯次利用体系建设一系列示范项目。这一方案的实施大力推进了电池模块的快速检测、分选技术的研究，加大了对电池状态的跟踪和预测研究；同时也激励了企业、事业单位根据自身的研究技术现状，加快研制循环梯次回收标准体系，加强成果的转化。推广项目的建立也是国家在动力电池梯次利用领域对企业的一种激励方式，让其他相关企业看到本领域产生的环境保护和经济效益，激发企业对本领域的热情和信心。

表2 退役动力电池梯次利用地方政策Table 2 Local policies for cascaded utilization of retired power battery

3 梯次利用标准

为加强退役动力电池梯次利用管理，引导产业转型升级，大力培育战略性新兴产业，推动退役动力电池健康发展，国家针对退役动力电池制定了有关标准，部分标准如表3所示[37-39]。

《车用动力电池回收利用梯次利用第2部分：拆卸要求》对具体设施和人员的考核、培训这三个方面给出了具体方案，从外部条件和人员限制入手，给退役动力电池梯次利用的整包电池开包拆解过程提供了良好的外部工作条件，增加了电池在拆解时的管理和安全性能，使得电池能够按部就班拆解，为后续电池的配组环节提供保障。

《车用动力电池回收利用梯次利用产品标识》的标准中具体要求了将过程中的检测、分类、拆解和重组部分标识区分，对每一个处于不同情况和流程的梯次利用单体电池进行标记，将代表梯次利用电池的标识规范化，与之前没有规范化标识的情况相比更能便利、清晰地辨识产品所处环节，避免将电池重新进行已经操作过的步骤或跳过未操作的步骤，其实施也方便梯次利用电池的管理延伸到电池的生产厂家。

退役动力电池相关标准的出台促进了退役动力电池行业的健康发展和市场的良性循环，便于国家对退役动力电池进行大规模管理，有利于维护废旧电池市场秩序。

4 试点企业与项目

为深入实施国家技术创新引导工程，贯彻落实强化科技创新战略布局，全面推动企业自主创新，充分发挥科技支撑发展，引领未来的重要作用，各个省的工部局、发改委等部门确定了多个退役动力电池梯次利用示范企业，部分示范企业如表4所示。

100 kW·h梯次利用电池储能系统项目通过改变充电设备的接入方案来满足负荷直流快充的要求，为退役电池产业化发展进行了初步探索。

表3 退役动力电池梯次利用相关标准Table 3 Relevant standards for cascaded utilization of retired power battery

表4 退役动力电池梯次利用示范企业Table 4 Demonstration enterprises of cascaded utilization of retired power battery

兰石兰驼4 MW·h/1.5 MW·h“光–储–充”微电网项目打造了退役电池二次分选、拆解、重组这一规范化流程，为甘肃省新能源汽车的退役电池提供了一种新的再利用方案。

大规模梯次再利用储能电站项目通过组串联式架构的系统设计方案缓解了梯次电池初始容量不一致的问题，并通过配置能量管理系统实现了区域源、网、荷、储有效协同管理。

其三，教育行政部门需要认识到教师情绪劳动作为劳动类型之一，不能被“忽视”，也不能被“敌视”，需要被合理考虑。因此，教育行政部门从意识上要重视教师情绪劳动的存在与管理，从策略上要全员关注、全程管理、科学优化，努力将对教师情绪劳动的模糊认知、判断、处理走向更加科学、合

北京海博思创科技有限公司就退役动力蓄电池价值评估与梯次利用制定了完整的梯次利用流程，从电池现场评估、返场测试到方案设计、装配应用等，在返场评估方面，其电池剩余价值评估技术对车辆内部电池进行评估，仅需要5 h且不会影响车辆运营，电池健康度的准确度在3%以内，三元及锂电池均可评估。

出于国家对梯次利用的号召，又因退役动力电池梯次利用示范企业的成功事例让企业领导人看到了梯次利用的前景，一些试点企业也纷纷踊跃参与了施行废旧动力电池梯次利用的生产线以及体系建设。部分试点企业如表5所示。

中国铁塔股份有限公司福建省分公司和湖南绿色再生资源公司旨在多场景下推广电池梯次利用。长沙比亚迪、中南冶金院和长沙新材料院等单位结合了各省市各自的产业基础和特点，加快动力蓄电池梯次利用及再生利用关键核心技术和装备研发，均对动力电池快速分选或余能检测技术进行开发并应用，研发了电池剩余生命周期预测、电池剩余价值的评估和筛选技术，以提高回收利用效率，构建出合理的电池回收服务网点。

企业建立和完善了动力蓄电池的技术开发与应用推广，建设了退役电池梯次利用生产线和相关服务网点，将每个单体电池的性能能够尽可能地发挥出来，也减轻了将大量动力电池进行直接回收这一工作的负担，同时有利于提高企业之间的竞争力，引领相关企业发挥各自的创新能力，进一步推动了梯次利用行业的发展。