锂离子电池溯源管理标准法规分析及未来趋势

詹园园,刘振东,陈卓瑛

(1.惠州亿纬锂能股份有限公司,广东 惠州 516000;2.中国电子技术标准化研究院,北京 100176)

0 引言

锂离子电池是一种通过内部锂离子的嵌入和脱出过程将化学能转化成电能的器件,目前广泛应用于电子设备、电动工具、新能源车辆、储能电站等领域。根据工业和信息化部的数据,2022年全国锂离子电池的产量在750 GWh左右。然而,一旦这些电池使用完毕,将会产生625万吨的废旧电池,如果这些电池不能得到合理处理,不仅会造成资源浪费,还会给环境和生物带来不可估量的损害。根据工业和信息化部发布的《锂离子电池行业规范条件(2021年本)》[1],其中工艺技术和质量管理条款规定,企业应依据有关政策及标准,对锂离子电池产品进行编码,并建立全生命周期的溯源体系,鼓励企业应用主动溯源技术。动力锂离子电池因其在新能源汽车领域的应用而成为国家发展规划的重要领域。在发展初期,已陆续完善了动力电池回收体系和相关溯源研究[2,3],包括行业规范、回收网点、溯源管理等政策,其中《新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》[4]全面规定了各环节企业主体应承担的责任,包括动力电池编码规则的统一、动力电池编码的备案以及整车的关联等。该规定要求对电池从生产、销售、使用到报废等过程进行信息采集,以确保全生命周期的信息追溯。《新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》自2018年开始生效,在执行过程中有效地管控了动力电池的全生命周期状态,同时有效避免了废旧动力电池流入小作坊等不正规渠道。

在欧盟的新电池法规中,增加了标签和电池护照的要求。首先,标签用于线下辨识、查询电池的基本信息。其次,电池护照用于线上登记和查询。欧盟委员会将建立一个通用的电子信息交付系统,用于存储和传递电池的相关信息,特别是对于工业用电池和电动汽车电池。

在国家“双碳”背景下,储能电池将迎来爆发期。据预计,到2025年,储能电池的装机量将达到76.3 GWh,但目前储能电池和消费类电池没有统一的编码规则,国家层面无法实现全生命周期的追溯。同时,也没有相关文件规定电池报废后的责任主体,很难保证退役后的锂离子电池进入正规企业进行回收及处理。《锂离子电池行业规范条件(2021本)》的发布将推动政府和行业完善全类型锂离子电池的溯源体系,确保锂离子电池的信息可查、去向可追。

1 动力电池溯源管理

1.1 政策及标准法规

从2016年开始,国家相关部门陆续制定并发布了一系列与动力电池回收相关的政策。这些政策的发布规律是围绕动力电池回收体系建立的环节来逐步完善的。首次发布的政策是《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策(2015年版)》[5],该政策从电池研发设计、生产、使用到回收的各个环节进行要求,并规定了各个环节的责任主体。随后陆续发布了电池溯源、回收网点、梯次利用及综合利用企业的相关规定。电池溯源是串联电池从生产到报废的重要链条,有效保障了电池在各个环节中的追溯。表1是锂离子电池溯源的相关政策。

表1 部分锂离子电池溯源的相关政策Table 1 Relevant policies for traceability of some lithium-ion batteries

1.2 动力电池溯源管理要求

溯源管理包括溯源管理的相关流程、要求和溯源管理的平台及技术。2018年7月3日,工业和信息化部发布《新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》,该规定要求对动力电池的生产、销售、使用、报废、回收、利用等全过程进行信息采集,并实时监督各环节主体履行回收利用责任的情况。通过电池编码的溯源(按照GB/T 34014—2017《汽车动力蓄电池编码规则》进行编码[6]),从生产到回收利用,形成一个全闭环的管理系统。

《新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》是一项规范性政策,目前在整个全产业链中基本被强制执行。实现这一目标的最重要原因是动力蓄电池被广泛应用于新能源汽车行业,而新能源汽车的管理是按照传统燃油汽车的模式。从新能源汽车的发展初期到现在,整个监管体系已基本完善,动力蓄电池作为其中的一个零部件,被纳入整车备案中进行强制管理,整车企业强制上下游企业执行管理规定中的要求。

从当前的管理思路来看,整车备案和公告是新能源汽车管理的必要环节,从整车的源头开始进行管控,包括装机的电池产品。首先,电池生产企业在国家平台完成动力电池的备案,然后汽车生产企业将新能源汽车编码(车辆识别码)以及相关的动力电池包编码(包括模组和电芯)报送至国家溯源系统(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),信息报送后,动力电池的追溯就可以在应用端开启。

在整个动力电池溯源管理研究的过程中,完成溯源管理政策及动力电池编码标准等一系列文件的制定,同时上线动力电池溯源相关平台,包括动力电池编码备案平台、新能源汽车和动力电池溯源管理平台,以实现理论管理与实践操作的联动。

2 储能及消费锂离子电池溯源管理

储能及消费锂离子电池溯源管理思路是建立在动力电池溯源管理的基础上的。根据消费锂离子电池应用领域和储能电池应用领域的特点,工业和信息化部电子司组织制定了国家标准和溯源管理平台。溯源管理的原则是既要保证生产销售到市场的锂离子电池的信息(如主要原材料、产品基本信息、生产工艺信息)可追溯,又要保证企业产品的技术秘密。在这个过程中,锂离子电池溯源平台与企业溯源系统的信息转码变得尤为重要。

2.1 锂离子电池编码规则的制定

制定锂离子电池编码规则时,需要考虑电池本身的特性,如消费电池的定制性、外观尺寸和应用市场的多样性。对于储能电池,外形和尺寸与动力电池类似,应用领域相对单一,可以参照动力电池的编码规则和管理模式。目前已有储能用的编码标准,如DL/T 2082—2020《电化学储能系统溯源编码规范》[8]。由于电化学储能管辖的复杂性,市场上的储能系统基本没有采用该标准进行编码。因此,如何在市场层面强制要求储能系统采用编码标准是目前需要解决的首要问题。

锂离子电池编码规则的制定思路:首先编码是用于产品的识别;其次编码是溯源过程中的一个桥梁,可传递产品的基本信息、生产信息、使用信息及回收信息。基于这些要求,电池编码基本信息需要包括:企业信息、电池类别、电池的型号(涉及尺寸、容量、质量等)、生产信息、应用的领域和回收信息等。

2.2 管理环节的设计

锂离子电池的溯源管理结合理论文件和实时在线系统,以规范行业产品的统一使用规则及平台。统一使用规则是在国家主管部门的牵头下完成国家行业标准的制定,同时搭建用于电池信息备案及溯源的平台,具体过程如图1所示。其中,一类信息由主管部门规定,即电池编码由行业统一;二类和三类信息由企业自己规定,可包括产品认证信息、原材料供应商信息、可再生材料的使用比例、产品符合的标准等。

图1 追溯信息解析过程Fig.1 Tracing information analysis process

3 展望及趋势

在“双碳”背景下,新能源汽车及绿色能源行业将成为各个国家未来发展的重点。然而这些领域都依赖于重要的部件——锂离子电池。为了推动行业的健康发展,对锂离子电池全生命周期进行监控变得至关重要,这包括产品进入市场后的状态记录、跟踪以及报废的时间段等。在政府和行业的共同努力下,各类锂离子电池管理要求和溯源平台正在逐步完善。目前,动力电池溯源体系已基本建立,储能及消费锂离子电池的溯源管理正在搭建中。如何满足特殊市场的要求,是当前需要解决的问题。在国家政策的支持下,锂离子电池的溯源管理方案和体系将逐步完善,为其他国家或国际上关于锂离子电池的标签和电池护照的研究提供可靠经验。

同时,在动力电池回收及溯源管理经验的基础上[9],制定储能及消费锂离子电池的溯源管理要求,完善全系锂离子电池的追溯管理,可有效提高锂离子电池全生命周期的监控及回收比例,为新能源行业及国家循环经济的发展提供有效保障。