退役动力电池剩余容量梯次利用的关键技术研究进展＊

金慧芬 刘彩秋 王红美

（天津力神电池股份有限公司，天津 300384）

0.引言

据工信部2020年给出的数据显示，我国新能源汽车保有量达492万辆，比2019年增长29.2%。新能源汽车发展迅猛，而新能源汽车的退役动力电池处理问题一直是社会焦点问题。研究发现，退役动力电池大部分还可以继续充放电，按照电池的电量价值来计算，退役动力电池仍有50$/kWh的价值可以被利用，目前我国退役动力电池的二次利用主要体现在回收、检验、运输等方面，使其电量价值提升至100$/kWh。本文主要研究退役动力电池剩余容量梯次利用关键技术的发展现状和趋势，以促进我国退役动力电池剩余容量梯次利用关键技术发展。

1.退役动力电池剩余容量梯次利用的现状

我国新能源汽车起步较晚，从2014年之后才真正发展起来，很多动力电池都还在质保期内，大规模退役还没有到来。因此，关于退役动力电池剩余容量梯次利用的技术研究比较滞后，目前尚缺乏足够的实践验证。退役动力电池的重复利用主要包括失效处理、外结构拆解、电芯检测、筛选分类和梯次利用等内容。大部分新能源电池属于锂离子电池，其回收利用难度较大，锂离子电池的回收利用流程为：先是将锂离子电池放电至一定电压（2V～3V），然后拆解锂离子电池成为多组小电池，再将小电池的正负极、电解液筛选出来，对电池电极材料进行酸碱反应来清除电极上的杂质并溶解金属材质的电极，最后从酸碱溶液中提炼出金属回收利用，能够回收利用的金属称为有价金属。有价金属的提取方法主要有湿法、干法和生物法3种。我国退役动力电池剩余容量梯次利用技术起步晚，较发达国家而言比较落后。目前我国退役动力电池剩余容量梯次利用技术还处于起步阶段，有待大规模和更深层次的应用。

2.退役动力电池剩余容量梯次利用技术发展困境

2.1 电池剩余容量难控制，难以成组使用

虽然退役动力电池具有较大的剩余容量，但是难以准确检测电池剩余容量和使用安全性。计算退役动力电池剩余容量和使用寿命，需要利用精密仪器对其进行预测分析，这无形中增加了退役动力电池重复利用的成本。同时退役动力电池的梯次利用技术关键在于将零散的退役动力电池进行重组，由于电池之间的型号、规格、化学物质和工艺差异较大，在重组时难以制定统一重组标准，缺乏重组标准而随意重组，不但不会使退役动力电池发挥其效用，还会增加电池爆炸风险，这些都增加了退役动力电池重组难度。目前重组的退役动力电池只能应用在低速电动车、基站备用电源、AGV小车等应用场景，很少在电网级别的大型应用场景中出现。如果一个退役动力电池出现故障，就会危及整个电池组的正常使用，并且会给电网造成不可估量的危害[1]。

2.2 梯次利用技术成本高，缺乏安全性

制约新能源汽车电池重复利用的阻力主要是退役动力电池剩余容量梯次利用成本较大。在退役动力电池梯次利用过程中需要对电池进行拆解、筛选和重组，每个环节都需要较高的技术，且需要较高的技术成本。由于退役动力电池已经过了质保期，电池内部的化学物质不稳定性增加，使得退役动力电池后期的维护保养成本也增加。而且新能源汽车电池更新换代较快，原先高成本回收的退役动力电池在经过复杂的重组后，新型电池逐渐占领市场，重组后的电池更加缺乏市场竞争力，导致价格更低，且退役动力电池的电容量、电压也会出现直线衰减，影响其使用次数。

2.3 梯次利用场景不合理，相关管理制度不完善

退役动力电池剩余容量梯次利用需要一定的场景，即结合退役动力电池实际情况来合理选择应用场景，例如经过检测退役动力电池剩余容量较小，就应该应用在小型用电设备上；反之可以用于稍大的用电设备上。但目前我国没有合适的法律法规和管理制度来规范退役动力电池的应用场景，使得退役动力电池应用于不合理的场景中，轻则难以供应足够的电量来维持设备正常工作，重则会带来严重安全事故。因为退役动力电池梯次利用需要较高的技术，且具有很多不可测因素，所以，如果缺乏相应的管理制度和法律法规来约束管理，势必会造成退役动力电池的滥用局面而给人民生命财产安全带来不利影响。

3.退役动力电池剩余容量梯次利用技术发展建议

3.1 加强对退役动力电池剩余容量梯次利用技术的研发

我国科研机构、电池生产企业、新能源汽车企业应该加强对退役动力电池剩余容量梯次利用的技术研发。首先要提高退役动力电池剩余容量的检测技术，将剩余容量相同相近的退役动力电池列为一组，避免不同剩余容量的退役动力电池混装而使得电压不足或产生安全隐患。其次要提高退役动力电池安全性评估技术利用专门的技术来检测电池内部化学物质的稳定性，将退役动力电池按照安全评估结果进行分类，分为安全、比较安全和危险3类，将安全一类退役动力电池重组，比较安全一类退役动力电池进行能量修复后重组，危险一类的退役动力电池报废处理[2]。

3.2 国家加大对退役动力电池梯次利用技术的支持

因为退役动力电池梯次利用研发成本较高，很多电池生产企业和科研机构会停止对该技术的研发。一方面，国家可以出台资金补贴政策，先给予相关企业研发资金，确保企业召集专业人才和购置专业设备来进行研究，根据研发成果给予奖励津贴，确保退役动力电池梯次利用技术研发有足够的资金支持；另一方面，国家可以出台政策鼓励相关专业技术人员进入该科研项目，为科研企业提供充足的人才支持。国家还可以组建自己的专项科研团队，致力于退役动力电池梯次利用技术研究。

3.3 完善退役动力电池梯次利用管理制度

退役动力电池根据不同的剩余容量和安全等级要划分具体的使用场景，避免退役动力电池乱用，产生安全事故。如表1所示，这是一个简单的退役动力电池梯次利用规范要求，一家合格的退役动力电池梯次利用企业应该具备以下12点要求方可从事退役动力电池回收利用工作。目前我国退役动力电池梯次利用企业在设备要求、成本控制和售后服务等方面都存在一些问题，有关部门需要严格按照工信部出台的《梯次利用电池产品目录》加强对退役动力电池梯次利用企业的准入条件进行审查，严格落实退役动力电池梯次利用企业认证和准入标准。除此之外还要制定退役动力电池报废标准，严格落实这一指标，将低于该指标的退役动力电池报废处理。使用场景也需要规范，例如人员密集场所、高温高压场所和易燃易爆场所等的退役动力电池梯次利用要有规范要求，避免安全事故发生[3]。

表1 退役动力电池梯次利用企业相关要求

4.结语

我国新能源汽车电池退役后的重复利用由于技术水平限制，尚无法准确检测退役动力电池的剩余容量和安全性，且退役动力电池重复利用的成本较高，商业价值目前尚不明朗，还没有在市场上普及。为此需要国家为科研机构和相关企业提供资金和技术支持，加大剩余容量检测技术和安全评估技术研发，制定退役动力电池使用规范和相关法律法规并加强监管。只有国家、企业和科研机构加大对退役动力电池剩余容量梯次利用技术的重视与研发，才能促进退役电池的梯次利用稳定发展。