动力电池梯次利用国家标准体系分析

谭 震，范茂松，赵光金，杨 凯*

(1.中国电力科学研究院有限公司，北京 100192；2.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南 郑州 450052)

预计到2025年，中国动力电池的累计退役量将会超过90 GW·h[1]。在退役下来的动力电池中，很大一部分又可以应用于对性能要求较低的场合，实现动力电池的梯次利用。这样既可以使退役动力电池的效益最大化，又减少了环境污染，对新能源产业的可持续发展具有重要的作用[2]。

目前，梯次利用产业的规模化发展还存在不少限制，如盈利模式不成熟、关键技术亟待突破、安全问题严峻、标准及技术规范发展滞后等问题。标准和技术规范的制定和推广，是梯次利用规模化应用的前提[3]，需要加快梯次利用标准体系框架的研究制定进程。本文作者通过分析已有的车用动力电池标准体系框架，考虑梯次利用场景独特的应用条件及特性，对梯次利用标准体系的完善提出建议。

1 国内现有的动力电池标准体系

1.1 动力电池梯次利用国家标准

动力电池的梯次利用过程包含拆解、性能检测、安全检测、分选重组、消防和再退役等步骤，只有对每一个步骤都进行标准规范，构建完整的标准体系，梯次利用才能规模化发展。目前很多梯次利用电池的检测还在沿用动力电池的标准，原因是针对梯次利用动力电池的标准还很少。现行动力电池梯次利用的相关国家标准仅有GB/T 33598-2017《车用动力电池回收利用 拆解规范》[4-5]、GB/T 34015-2017《车用动力电池回收利用 余能检测》[6-7]、GB/T 34015.2-2020《车用动力电池回收利用 梯次利用 第2部分：拆卸要求》[8]和GB/T 8698.1-2020《车用动力电池回收利用 管理规范 第1部分：包装运输》[9]等4项，分别对应梯次利用过程中的拆解、性能检测、拆卸和包装运输等部分。

GB/T 33598-2017规范了从废旧车用动力电池包组拆解成动力电池单体过程中的总体要求、安全要求、作业程序及存储和管理要求。保证动力电池拆解环节安全、环保、高效，是后续开展梯次利用电池测试评估、分选重组工作的前提。GB/T 33598-2017规定的拆解流程如图1所示。

图1 车用动力电池回收利用拆解流程Fig.1 Dismantling flow of vehicle power battery recycling

GB/T 34015-2017规范了动力电池外观检查、极性检测、电压判别和充放电电流判别等初筛过程，规定以不高于0.2C小电流(I5)对单体或模块进行充放电测试，为车用动力电池的余能检测提供了评价依据。此标准只有测试方法而无要求，未规定产品可用性或安全性的标准阈值，且依据该测试方法确定电池余能耗时较长，约10 h，不利于大规模工程应用。GB/T 34015-2017规定的检测流程如图2所示。

图2 车用动力电池回收利用余能检测流程Fig.2 Residual capacity test flow of vehicle power battery recycling

GB/T 34015.2-2020规范了将动力电池包从电动汽车上分离移出的操作环节。与GB/T 33598-2017类似，均为电池样品拆解规范，规定了电池包或模块的拆卸过程中的场地、设施、人员及作业等要求。

GB/T 8698.1-2020规范了车用动力电池回收利用包装运输环节。退役车用电池首先依据绝缘、外观等外在指标进行初步安全判定和预处理，分为3个等级，再依据HJ 2025-2012《危险废物收集 贮存 运输技术规范》[10]和JT/T 617-2018《危险货物道路运输规则》[11]等相关标准，按不同危险等级来包装，并规定按不同等级要求运输，以保证安全性。

从以上标准的操作流程可知，对废旧电池的预处理和信息采集是开展工作的前提，归根结底是电池的溯源问题。GB/T 34014-2017《汽车动力蓄电池编码规则》[12]规定了动力电池编码的基本原则、编码对象、代码结构和数据载体。该规则可用于动力电池生产管理、维护和溯源及电动汽车关键参数监控，特别是在回收利用环节，凭借可追溯性和唯一性，能更加准确地确定动力电池回收责任主体。此外，产品规格尺寸不统一也是影响废旧电池回收利用效率和门槛的主要难题，基于此制定的GB/T 34013-2017《电动车用动力蓄电池产品规格尺寸》[13]明确规定了电动汽车用动力电池的单体、模块和标准箱尺寸规格要求。该标准可较好地解决动力电池因尺寸不一，难以匹配储能电站或家用储能设备结构的难题，也降低了动力电池梯次利用的门槛。无论是规格尺寸的标准化还是编码的统一化，都极大地完善了动力电池梯次利用标准体系框架，推进了电池梯次利用产业的发展。

梯次利用电池现有国家标准只涵盖了退役电池前期处理阶段，还未涉及对电池电性能、安全性能判别、分选重组和再退役等后期阶段。虽然中国电子节能技术协会等机构相继发布了多项电池回收利用团体标准，但约束力度不及国家标准。综上所述，针对梯次利用电池实际应用场景，目前还没有形成统一的规范，梯次利用电池有独特的性能特点及应用场景，直接使用动力电池国家标准，存在局限性。

1.2 动力电池国家标准应用于梯次利用的局限性

国内早期与动力电池相关的标准仅有行业标准QC/T 743-2006《电动汽车用锂离子蓄电池》[14]，缺乏权威性及广泛性，行业监管的门槛不清晰。为了满足电动汽车生产企业、零部件企业、检测及认证机构等各方面的需求，建立体系完整、水平适中、利于产业的国家标准势在必行。围绕电动汽车产业，国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会于2015年5月15日联合发布了6项国家标准[15-18]，在2016年全面实施，具体内容如表1所示。

表1 2015年发布的电动汽车动力电池国家标准 Table 1 National standards for electric vehicle power batteries issued in 2015

2020年5月12日发布的GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》[19]于2021年1月1日实施，替代GB/T 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》和GB/T 31467.3-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第3部分：安全性要求与测试方法》，成为我国电动汽车领域首批强制性国家标准。该标准涵盖了从单体到系统的热安全、机械安全、电气安全和功能安全等要求。

目前制定的一系列电动汽车动力电池标准，覆盖了电性能测试、安全测试和寿命测试(退役标准)等步骤的规范，内容涵盖较为全面，已基本形成较为完善的标准体系。相较于新电池，梯次利用电池具有以下特点：长期使用后，电芯内部正负极材料、电解液和隔膜等出现不同程度的分解损耗，导致电池性能降低，可能会产生锂枝晶等危险因素，造成安全性降低[20]；电池衰减情况不同，一致性变差；应用环境更为温和、稳定，使用强度更低；对梯次利用前期测试方法的快速性、经济性和便捷性等有一定要求。有鉴于此，动力电池国家标准在应用于梯次利用时，还存在一定的局限性。

在电性能方面，现有动力电池标准体系涵盖了容量、内阻、功率、能量效率、高低温充放电和自放电率等测试项目，且具备科学合理的测试方法及要求。梯次利用动力电池也可使用此标准，但如果完全采用这些标准，会导致测试成本高、周期长，增加梯次利用的成本，影响经济效益。

在安全性能方面，GB 38031-2020等规定了电动汽车和电力储能等应用场景下对新电池安全性能的检测方法及要求，内容包括过充电、过放电、短路、跌落、振动、加热、挤压、针刺、海水浸泡、温度循环和低气压等测试项目，测试方法几乎模拟了各种可能导致新电池安全风险的因素。车用动力电池安全性测试，针对突发事件或滥用情况下电池存在的安全问题，以及锂离子电池自身特点决定的安全性问题，给出了合理统一的标准。梯次利用电池应用工况场景不同，应用环境和使用强度更温和，使用条件更单一，造成很多测试项目失去测试的必要性，或者可以降低要求；此外，退役电池本身经过长期使用，内部热失控温度降低，温升加快，且一致性变差，对测试样品的选择和测试标准的制定都提出了要求。综上所述，需要从实际应用需求、退役电池特性、经济效益和安全性等多方面考虑，结合现有动力电池国家标准，制定适用于梯次利用电池的标准体系。

2 动力电池梯次利用标准体系完善建议

退役电池在梯次利用前，需进行状态评估、安全隐患识别及分选重组，在此基础上，制定相应的电热安全管理策略，进行系统集成，在运行、维护过程中需满足梯次利用电池再退役标准和消防标准等。要满足梯次利用动力电池的规模化工程应用，需对各个应用技术节点进行技术标准制定。梯次利用标准目前存在几个亟需完善的方向。

2.1 安全性能要求及测试方法

电池的安全性一直都是工程应用中的首要关注点，但梯次利用电池安全标准在国际上还处于空白阶段。需要基于梯次利用动力电池的特点，结合锂离子电池本身电化学性能及大批量电池实际投运情况，设计安全性评价方法标准。

参考车用电池标准体系，通过电、热等外特性测试反映电池内部安全性的方法，可实现无损、可靠和科学的安全性能测试。应排除高风险电池，以降低测试成本，如增加外观检查、容量及容量保持率、内阻及内阻增长率、充放电产热等外特性测试，并根据锂离子电池的特性设置阈值；通过部分符合应用场景的破坏性滥用试验，验证同批次电池的安全性，提高测试的可靠性。如针对储能应用场景，排除部分模拟突发外部事件的安全测试项目(针刺、挤压和高温等)，保留过充过放等。以上二者结合，可构成安全标准体系。

外观、容量、内阻和温升等可较直接地反映锂离子电池当前的状态，可通过这些快速、经济、方便的测试方法，剔除高风险电池。梯次利用电池内部条件很复杂，基于外特性的安全测试，即便通过，也不能断定一定安全可靠。此时，可辅以适当的破坏性安全试验，安排合理的抽样比例，进一步测试安全性能。建立两种测试相结合的安全测试标准体系，可降低测试成本、提升测试效率。

2.2 电性能要求及测试方法

电性能是决定电池是否有应用价值的根本指标，制定适用于梯次利用电池电性能的标准很有必要。标准制定需根据梯次利用的应用场景，如储能或小型代步车，规定不同的测试项目及要求，开发对应的低成本快速测试方法及要求。在满足使用需求的前提下，尽量降低成本、提升经济效益。

2.3 状态评估和分选重组的要求及测试方法

状态评估、分选重组是梯次利用前的最后准备步骤，此部分内容也是亟待突破的技术难点，对测试的快速性、经济性和准确性有较高要求。建议打通数据链条，以便根据历史数据，对电池性能进行评估。目前的评估技术还不成熟，技术路线众多，暂时较难形成统一的技术标准。

2.4 电池的可梯次利用设计指南

要求从电池的设计开发之初，即考虑到退役后的梯次利用场景，规划好电池从出厂应用到退役后梯次利用，再到回收的整个过程，实现资源有效利用的最大化，减少中间过程产生的成本。这一设想，需要国家推动，打通上下游产业资源交换、需求交流的渠道。

2.5 梯次利用电池再退役标准

梯次利用电池本身属于退役电池，在梯次利用过程中，性能不断衰减，到一定程度后，不能满足梯次利用场景的需求，且伴随着热失控温度降低、温升加快等因素导致的安全风险。需要综合考虑，制定再退役标准，及时将不能满足要求的电池进行二次退役。

2.6 梯次利用电池消防安全标准

退役电池经过长期使用，安全隐患比新电池大，内部可能存在锂枝晶、材料结晶化等现象，热失控温度比新电池低，更易起火，并且反应的剧烈程度、燃烧产物等与新电池存在差别，需改进灭火剂、复燃抑制剂的用量，以及喷灭时间等指标，制定更合理的消防标准，减少产生安全问题时的损失。

以上均是梯次利用标准目前的完善方向，其中安全性标准的制定是重中之重，也是梯次利用电池产业发展的前提。

3 结论

对现行的动力电池国家标准体系及梯次利用动力电池国家标准体系进行了归纳和对比分析。现有动力电池国标体系相对完善，而针对梯次利用电池国标的制定还处于起步阶段。梯次利用电池有独特的应用场景和性能特点，不能直接套用动力电池的国标体系。分析动力电池梯次利用产业发展的问题，提出了完善梯次利用标准体系的几点建议，其中安全性标准的制定尤为迫切。探讨新电池安全标准和梯次利用电池安全标准的差异和关系，提出无损的外特性测试与破坏性的滥用安全测试相结合的测试标准体系，以期为动力电池梯次利用标准体系的完善提供参考。