浅谈退役动力电池综合利用方法和发展路径

褚兵，杨厚东

（安徽巡鹰新能源集团有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

随着中国新能源汽车行业的迅猛发展，各种车用动力电池也将迎来呈指数增长的退役浪潮。2020年全年动力电池回收量已达26.69GWh，截至2021年9月底，我国新能源汽车累计总产量超770万辆，动力蓄电池累计配套量约360GWh，据预测，至2025年动力蓄电池累计退役量将超120万吨[1]。解决好动力蓄电池回收问题，有利于与环境协调发展、缓解战略资源约束、保障产业安全。所以面对如此广阔的市场前景，退役动力电池的回收和梯次利用行业逐渐吸引了各个领域的炙热目光，不论是政府还是企业，都希望能够把握住这一市场浪潮，在这条前景广阔的赛道上争得先机。

1 动力电池回收及梯次利用的意义

首先，从研究动力电池回收与梯次利用的意义上来看，中国已经是全世界最大的动力电池交易市场，面对如此大量的动力电池的集中退役，进行动力电池回收与梯次利用的工作，不管是从经济效益还是环境效益的角度来看，都具有重大的必要性与现实意义。

电池回收有着巨大的经济价值。在目前上游材料生产成本持续增加的情形下，三元及磷酸铁锂电池回收的价值体现相对提高。比如三元电池拆解后可以做铜、钴、镍等金属资源回收，按含有色金属价值量计算，明年中国国内的动力电池回收市场规模将达数百亿元，并且在未来还会随新能源行业的发展而不断扩大。

此外，从环境安全视角考虑，由于废旧动力能源电池中包含大量各种重金属物质和有机质、电解质，泄露产生的废液和燃烧后产生的废气，都会对生存环境和人类健康带来负面影响，增大环境保护、污染防治工作的难度和压力。所以进行动力电池退役处理和梯次利用工作，也是一个很重要的生态建设任务，符合国家环保政策及推进“双碳”目标的要求。

2 先梯次利用后回收利用的原则

国家多部委联合出台的《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》中提出，废旧动力蓄电池的利用应遵循先梯次利用后再生利用的原则。动力电池的性能衰减问题无论从理论上还是实践上都是不可避免的，当电池发生衰减后直接给报废掉，哪怕是直接对其进行资源回收，从现实的角度上讲，都存在一定的浪费。国内动力电池的产能面对不断上涨的需求量已经感受到了压力，而从全球来看动力电池供需缺口都在持续扩大，甚至可能在未来出现“电池荒”现象。如果不对动力电池加以梯次利用，不仅是增加了其运用成本，降低了其性价比，同时也会进一步加重动力电池供需不平衡的现象。性能衰减后的动力电池可以通过重新筛选、测试、分容、配组等环节后，使用在其它相对来说对电池性能要求较低的领域，比如低速电动自行车、家用备用电源等。但如果动力电池的各项数据指标衰减到无法开展梯次利用时，则必须进行拆解处理，或者作为回收资源处置

3 动力电池梯次利用的模式探索

过去几年我国动力电池产业飞速发展，虽然可梯次利用的电池数量迅速增多，但是很多梯次利用企业或者是动力电池回收企业并没有做好前期的数据统计和跟踪工作。加上退役电池的性能和规格参差不齐，不同厂家或需求商可能提供各种不同标准和检测要求，很大程度上增加了对市场上现存梯次利用电池的数量规模、质量、流向等问题的调研难度[2]。目前梯次利用的市场规范程度已经比前些年进步了很多，但是相关政策还是处于一个实验探索阶段，所以国内与动力电池梯次利用相关的大规模项目也都还是在一个探索阶段。

从行业角度来说，磷酸铁锂电池比三元电池在梯次利用领域更加有发展前景这一行业共识，是由于电池自身性质决定的。磷酸铁锂电池虽然没有三元电池的回收价值高，但其耐高温、使用寿命长，耐过冲、过放、过压等性质，使它在梯次利用以及电力储能行业会更有优势。随着电池性能的提升以及成本大幅下降趋稳，现有及未来动力电池梯次利用的价值大大提高，国内企业在电池回收和梯次利用领域的布局愈加明确。2018年年初，中国铁塔与重庆长安、比亚迪、银隆等16家新能源企业，签约《新能源汽车动力蓄电池回收利用战略合作伙伴协议》探索动力电池梯次利用的模式。

梯次利用不仅能从商业模式上进一步降低电池成本，同时储能电池成本的降低，也能推动更多的储能应用场景和市场[3]。不同储能场景对电池要求不一样，所以退役动力电池梯次利用适用的场景和商业模式是下一个需要摸索的难题，国外梯次利用的创新尝试对刚刚起步的国内市场有很大的借鉴意义[4]。

4 动力电池梯次利用技术难点

首先动力电池梯次利用的一个研究重点，就是如何保证梯次利用后的动力电池能够在使用寿命和电池性能上满足下一批客户的需求。质量不合格的梯次利用电池同样也是无法进入市场的，无法起到预想中提升动力电池使用性价比的作用。

目前在处理动力电池的梯次利用时，首先进行的第一步就是对电池的剩余寿命进行检测，可以说寿命预测是开展梯次利用技术的第一关。而且这一关的难点在于电池的充放电过程作为一个化学反应发生的过程，整体上不易把控。在不同的地区和状态下，电池的消耗速率并不一样，甚至会在同一时间退役的同一批电池中出现不同的衰减速率。

现在较为普遍的寿命预测过程主要分为以下几个阶段。首先是最基础的外观分析阶段，主要是通过检查电池的外观是否有鼓包、膨胀、漏液等现象。存在此现象的电池将直接作为回收资源处理，而外观无异常的电池就可以进入充放电测试阶段。通过测试得到电池的电压、电阻、电池容量等数据，对照标准后符合各项数据标准要求的电池则可以进入下一阶段。在这一阶段里会对电池进行进一步的分类和分级[5]。所以即使是梯次利用电池，它在行业内也是有相应的质量等级区分标准的。并且不同等级的电池会应用在不同的场景下，同级电池间由于具有相似的性能，通常是被组成模组来进入合适的应用场景。

5 动力电池回收及梯次利用的路径

动力电池的回收主要采用的是电池拆解材料回收，通过对电池进行破碎，生成正极粉末、负极粉末，再将其中的相关金属进行回收。电池的电极材料不同，回收后的产物也不同。在这个过程当中会产生一定的环境污染问题，所以国家对于从事电池拆解行业的人员资格、进行拆解的场地环境等要求都在不断地完善和提高。

梯次利用方面目前着重发展的一点是进一步发挥大数据追溯系统平台的作用。以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为例，截至2021年8月底，平台接入电池包共计1018.94万包，电量合计超300GWh。完善全面的大数据平台的建立是第一步，推广及应用是第二步，从中获取数据来对整个梯次利用市场进行数据分析、掌握市场宏观情况，避免尚未完全成熟的市场陷入混乱或盲目之中则是进一步的目标。

大数据追溯系统应该建立从电芯到电池包到车载动力电池运行过程的全监控。每一个电芯都有其唯一的代码，可以通过代码找到其初始设计信息和生产信息，这是能够建立大数据追溯平台的基础条件。在后续的电芯加工过程中，不论被加工成模组还是电池包，只要能够在这个过程中持续上传数据，保证数据监控不间断，就能够通过系统实现从成品反向追溯到基础电芯环节的溯源功能。

6 目前主要的动力电池回收模式

对于无法进行梯次利用的报废电池，就要通过技术手段进行拆解回收。2018年2月，国家工信部牵头的七部委发布《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》，具体指出了实施生产者负责延伸机制，把车辆制造企业置于负责的第一位，同时也引导整车企业、电池生产企业、回收企业等联合起来，共建收集渠道。目前很多相关的大型企业间都主动建立起了合作关系，如宁德时代与邦普、格林美与比亚迪以及东风。另一种常见的处理模式则是交给第三方回收，使得这一领域也逐渐出现了一些上规模的企业。

此后工信部又于2019年10月31日发布《新能源汽车动力蓄电池回收服务网点建设和运营指南》，提出新能源汽车生产企业及梯次利用企业在销售区域内，可以通过自建、共建、授权等方式建立回收服务机构。目前国内超过新能源汽车总产量90%的企业，已经开展了不同程度的回收服务网点建设。

7 结语

2021年8月27日，工信部等五部门联合印发《新能源汽车动力蓄电池梯次利用管理办法》，明确了梯次产品生产、使用、回收等全过程的管理要求，指明了梯次产品应用方向，为梯次利用行业规范化发展奠定了重要的政策基础；2021年4月29日，动力蓄电池“共建共享”回收服务体系正式启动，纳入43个回收服务网点，集中覆盖北京、上海等26个地级市，开始探索更加低成本、高成效的回收服务网点建设方法。可以看出虽然目前在整个电池梯次利用和电池回收行业还存在着很多问题，例如法规约束力不足、安全环保等强制性标准缺位、跨部门协同监管机制不成熟等等。但在政府各级部门的政策扶持和广大电池产业链企业的共同努力下，通过借鉴国内外的成功经验，一定会形成更加完善、更加科学、能够实现综合利用的动力电池回收和梯次利用产业链。