鉅大LARGE | 點擊量：1224次 | 2021年12月09日
電動汽車動力鋰電池梯次利用的現(xiàn)狀情況
隨著電動汽車在汽車市場銷售份額的不斷新增，其內部老舊電池的處理問題愈發(fā)受到社會各界的重視。舊電池部件的二次利用，可以間接降低電池的成本價格，還能減少電池垃圾對生態(tài)環(huán)境的污染。舊電池也可作為儲能部件，為電網(wǎng)系統(tǒng)、電力市場供應部分輔助服務。老舊電池的二次利用技術將會開辟一個新興的市場。
在我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)大規(guī)模推廣之初，動力鋰離子電池的梯次利用就曾被提及。2011年起，動力鋰離子電池回收利用工作被納入我國新能源汽車推廣應用的政策體系，政府也在2012-2020年節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，對動力鋰離子電池回收利用工作進行了明確規(guī)劃。但由于當時的動力鋰離子電池大多處于示范運營階段，動力鋰離子電池的梯次利用工作并未真正開展。
伴隨著新能源汽車的爆發(fā)式上升，動力鋰離子電池回收市場也在壯大。數(shù)據(jù)顯示，截至2017年，我國電動汽車、新能源汽車銷售量已達到77萬輛，保有量超過160萬輛，占世界的一半。據(jù)我國汽車技術研究中心預測，隨著電動汽車市場規(guī)模不斷上升，我國動力鋰離子電池將迎來“報廢潮”，動力鋰離子電池平均報廢年限為5~8年，2018年~2020年，全國累計報廢動力鋰離子電池將達12萬~20萬噸，到2025年動力鋰離子電池年報廢量或達35萬噸的規(guī)模，大約是2016年報廢量的20倍。
隨著社會對環(huán)境污染、碳排放等問題越來越重視，有關退役動力鋰離子電池進行梯次利用，一直被認為是新能源汽車動力鋰離子電池退役后的重要去處，然而，也有人從安全性和經(jīng)濟性層面考慮，認為動力鋰離子電池梯次利用就是一個“偽命題”。然而，隨著我國動力鋰離子電池退役潮的臨近，以及相關標準的陸續(xù)公布，動力鋰離子電池的梯次利用將在退役電池規(guī)模和政策方面獲得更多支撐，梯次利用勢在必行。
業(yè)界為“動力鋰離子電池梯次利用”領域下定論：不適合大型儲能
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟秘書長張靜認為，動力鋰離子電池在儲能上梯次利用確實存在一些問題，但說它是“偽命題”似乎還不太合適。一方觀點從節(jié)約成本、綠色發(fā)展的角度認為，將退役動力鋰離子電池用于儲能，可以體現(xiàn)出動力鋰離子電池全生命周期的價值，也可以節(jié)約一些成本，并讓鋰離子電池真正做到“綠色”；另一方則從技術角度考慮，認為經(jīng)過在動力系統(tǒng)中的使用，電芯性能已有很大改變，再用于儲能系統(tǒng)，電芯性能方面會存在問題，而解決這些問題又會新增更多的成本投入。
中興派能營銷事業(yè)部總經(jīng)理馮朝暉表示假如進行梯次利用，大規(guī)模儲能并不是退役動力鋰離子電池的理想選擇，例如一輛電動汽車的帶電量約30-100KWh，而大型儲能電站通常在6-7MWh左右，一個大型儲能電站相當于幾千輛電動汽車，對電芯在一致性方面的要求，顯然比電動汽車要高得多。而且電動汽車2-3天才充一次電，而儲能電站基本每天都要循環(huán)至少一次，這對電芯的相關性能也有更高的要求。大型儲能項目在很多方面，對電芯的要求要遠高于電動汽車。
陽光電源高級技術經(jīng)理吳磊也表示，退役動力鋰離子電池最難的步驟是篩選。每輛車的行駛狀況不同，導致電池的容量、內阻等無法一致，且儲能系統(tǒng)和汽車動力系統(tǒng)電芯數(shù)量不是一個數(shù)量級，篩選工作繁重巨大。即使成功篩選后繼續(xù)應用在儲能系統(tǒng)中，這些不同工況的電芯如何管理，也是一個問題。
浙江超威電力有限公司儲能事業(yè)部總經(jīng)理李敏表示，梯次電池放電倍率達到0.3C以上還比較困難，動力鋰離子電池在儲能領域的梯次利用還有局限性，并且在提高光伏發(fā)電的預測曲線精度方面，暫時不推薦使用梯次電池技術
德國萊茵TUV大中華區(qū)太陽能及燃料動力鋰電池技術服務總經(jīng)理李衛(wèi)春表示，在動力鋰離子電池梯次利用方面，要一些標準來判斷退役電池是否適合用于儲能，以及按照什么規(guī)范來進行應用。
我國工程院院士楊裕生指出，電化學儲能具備的十大性能，最重要的就是安全性，只有在確保安全的前提下，電化學儲能才能發(fā)揮它在能源革命中的用途，推動我國綠色能源的發(fā)展。也正因如此，有關安全性要求非常高的大型儲能項目，要在電芯的選擇上更加謹慎。而動力鋰離子電池梯次利用，也應著眼于微網(wǎng)、備用電源等小規(guī)模儲能領域，或應用在電動自行車、低速電動汽車等動力領域。
這些觀點都表明，退役動力鋰離子電池要想在儲能上梯次利用，那么應用的系統(tǒng)應該盡量簡單，否則得不償失。
梯次利用雖有難題，但其勢不可擋
從整個新能源汽車產(chǎn)業(yè)看，投入應用的動力鋰離子電池規(guī)模越大，其管理難度也就越大，動力鋰離子電池的規(guī)格尺寸等越要標準化、規(guī)范化。2017年八月四日，GB/T34015-2017《車用動力鋰離子電池回收利用——余能檢測》、GB/T34013-2017《電動汽車用動力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》、GB/T34014-2017《汽車動力鋰離子電池編碼規(guī)則》三項動力鋰離子電池國家標準的詳細內容已正式公布。這三項國家標準使動力鋰離子電池的信息追溯成為可能，梯次利用更加安全、有序和規(guī)范。十月十一日，國家發(fā)改委官網(wǎng)掛出的《有關促進儲能技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》（下稱《指導意見》）描繪了儲能技術十年發(fā)展“路線圖”，其中就指出，完善動力鋰離子電池全生命周期監(jiān)管，開展對淘汰動力鋰離子電池進行儲能梯次利用研究。
從國家推薦標準的出臺到國家強制標準的制定，動力鋰離子電池的梯次利用正獲得越來越有力的支撐?，F(xiàn)在，行業(yè)內熱議的不是梯次利用的真?zhèn)螁栴}，而是如何將動力鋰離子電池的梯次利用與新能源汽車的發(fā)展無縫銜接，將動力鋰離子電池的梯次利用向前推進。
超威集團的動力鋰離子電池梯次利用有一套詳細的解決方法：回收的鋰離子電池價格約為新電池價格的20%，假如回收的鋰動力鋰離子電池組設計參數(shù)及運行數(shù)據(jù)保存良好且符合梯次利用要求，公司錄入儲能系統(tǒng)配組參數(shù)后，直接入庫作為儲能系統(tǒng)配組電池。假如回收的鋰動力鋰離子電池組設計參數(shù)及運行數(shù)據(jù)不清楚，超威集團將進行電性能和安全性能檢測，假如符合儲能應用要求，將直接錄入儲能系統(tǒng)配組參數(shù)，入庫作為儲能系統(tǒng)配組電池。假如整個鋰動力鋰離子電池組不符合儲能要求，將對基本的模組單元進行檢測，符合要求者作為儲能電池入庫；不符合要求者，進入回收倉庫。
天津力神電池股份有限公司副總工程師蘇金然從能量密度、成本、標準化、自動化、技術成熟度和梯次利用六個維度分析了18650和21700電池的優(yōu)劣。通過比較，蘇金然認為，18650在能量密度和成本方面不如21700優(yōu)勢明顯，但在技術成熟度和梯次利用方面，21700不如18650。我國生產(chǎn)21700電池的時間并不長，21700動力鋰離子電池的退役期還有幾年，21700的梯次利用還可以進一步研究和探索。
從偽命題到進展初現(xiàn)：我國鐵塔公司的動力蓄電池梯級利用試驗站點
工信部官網(wǎng)顯示，我國鐵塔公司自2015年十月，先后在黑龍江、天津等9省市建設了57個退役新能源汽車動力蓄電池梯級利用試驗站點，涵蓋備電、削峰填谷、微電網(wǎng)等各種使用工況，對梯級利用模式進行了積極有益的實踐探索。通信基站一般通過電網(wǎng)系統(tǒng)供電，但要配置后備電池，以保證在停電期間持續(xù)穩(wěn)定運行。鉛酸電池原是通信基站備電的主流，但隨著鋰離子電池成本的不斷下降，這種能量密度更高、壽命更長的電池正變得更具競爭力，而梯級利用電池則有望進一步降低成本。鐵塔公司在全國擁有180萬座通信基站，有潛力消耗大規(guī)模的退役動力鋰離子電池。
我國鐵塔股份有限公司能源創(chuàng)新中心高級總監(jiān)高健就儲能電池市場需求和鋰離子電池回收梯次利用等問題表態(tài)：我國鐵塔在儲能電池上需求巨大，鋰離子電池占比達到2%左右；鋰離子電池回收梯次利用已在擴大試點階段，會成為梯次利用電池重要的應用領域。高健表示基于鐵塔這個特點，梯次利用一般不會出現(xiàn)電池自燃爆炸或者沒有達到要求的問題。首先單座鐵塔基站要的備用電池是30KWh，也就是要62.5KWh的退役動力鋰離子電池，與一輛新能源汽車動力鋰離子電池容量相當，同一輛車退役下來的動力鋰離子電池可以做成模組，也就防止了電池一致性不好的劣勢。再者，鐵塔基站不會采用大電壓大電流的方式對電池充電，也就降低了電池在充電過程中發(fā)生爆炸燃燒的幾率。而且鐵塔的環(huán)境相對空曠，對能量密度的要求不是那么高，還可以進行實時監(jiān)控，這樣就保證了安全性。
鐵塔公司目前在全國范圍內擁有180萬座基站，備電要電池約54GWh；60萬座削峰填谷站要電池約44GWh；50萬座新能源站要電池約48GWh。合計要電池約146GWh。以存量站電池6年的更換周期計算，每年要電池約22.6GWh；以每年新建基站10萬個計算，預計新增電站要電池約2.4GWh。合計每年共要電池約25GWh。預計到2020年之前遞次利用市場總量68.5GWh，梯次利用電池大概有38.36GWh，大概能滿足鐵塔公司38%的用量，在2020年以后遞次利用電池滿足鐵塔公司需求的基礎上還有一定的富裕，鐵塔公司會積極充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢，在分布式儲能行業(yè)試圖推向商業(yè)化。
這些梯級利用電池使用一年半以來，從使用效果看，在經(jīng)濟、環(huán)境效益等方面都有其優(yōu)勢，同時，也為梯級利用電池在通信基站備能領域推廣應用積累了相關相關經(jīng)驗。
成本控制定成敗
梯級利用和再生處理是退役動力鋰離子電池回收利用的兩個方向，經(jīng)過梯級利用后，電池也將進行再生處理。假如說無害化處理和資源再生是必須做的，那么梯級利用是必須做的嗎？業(yè)內人士看來，梯級利用充分發(fā)揮了動力鋰離子電池的價值，但只有保證經(jīng)濟性，這件事才是值得去做的。
電池的質量是梯級利用的前提。2014年以前生產(chǎn)的動力鋰離子電池很難實現(xiàn)梯次利用。2014年以前，電池工藝水平還不夠高，在容量衰減到80%退役以后，繼續(xù)使用會出現(xiàn)“跳水”，即容量急劇下降，難以再次利用。近年來，電池質量已有較大幅度的提升，電池容量的衰減能夠保持線性，因此梯級利用在技術上才具備了可行性。
在電池可用的前提下，通過拆解、檢測、篩選、重組等步驟可以使退役電池再次運用于新的使用場景。在業(yè)內人士看來，梯級利用從技術上說并不難，難點在于成本控制。即使是電芯成本遠低于新電池，拆解、篩選、重組等步驟都會新增梯級利用的成本，另外舊電池壽命較短，假如用于儲能也難以像新電池相同實現(xiàn)無人值守，綜合來看總成本可能并不低。同時，新電池的成本也在不斷下降，梯級利用電池也面對和新電池之間的競爭。
彭博集團旗下新能源行業(yè)數(shù)據(jù)供應商——彭博新能源財經(jīng)（BloombergNewEnergyFinance）基于對50家公司自2010年以來的跟蹤調查顯示，全球產(chǎn)量的提升或將令動力鋰離子電池的價格達到史上最低位。目前，鋰離子電池組的平均售價為每千瓦時209美元（約合人民幣1383.58元），較一年以前下降了24%。而在2010年，這一數(shù)字是1000美元（約合人民幣6620元）。到2025年，動力鋰離子電池的價格有望下探到每千瓦時100美元（約合人民幣662元）。這意味著，屆時動力鋰離子電池的售價將在目前的基礎上降低一半以上。能源科技行業(yè)的幾位關鍵玩家有望在2020年代中期以前幫助動力鋰離子電池的售價下降到80美元。
大戰(zhàn)略：“換電模式”+梯次利用
無論是新能源整車公司，還是動力鋰離子電池公司，采用“換電模式”發(fā)展戰(zhàn)略的同時，往往把動力鋰離子電池的梯次利用納入公司大戰(zhàn)略并將其作為一個重要環(huán)節(jié)。
風帆有限責任公司副總經(jīng)理劉雙合表示公司最新發(fā)展戰(zhàn)略：風帆已決定實行“換電模式”，動力鋰離子電池模塊實行標準化設計，形成“動力鋰離子電池標準化模組——新能源交通工具——汽車換電運營——模組電池梯次利用——儲能系統(tǒng)——電池回收——電極材料”這樣一個完整產(chǎn)業(yè)鏈。劉雙合表示，風帆通過實行“換電模式”，可控制用于梯次利用的動力鋰離子電池的回收渠道，為儲能系統(tǒng)的運轉奠定基礎。
北汽新能源以及車和家、蔚來汽車等新能源車企也都在實行“換電模式”，并將動力鋰離子電池的梯次利用問題納入公司的長遠發(fā)展戰(zhàn)略。北汽新能源總經(jīng)理鄭剛表示，換電模式的關鍵是要打通全價值鏈。他認為，從整車開發(fā)設計，到換電機構的應用、電池包的運營，再到電池梯次利用，以及到最后的無害化處理，提純電池材料之后再返回交給電池廠商，只有把這個價值鏈打通，才能有效地降低整個產(chǎn)業(yè)鏈的成本。而車和家在常州建有動力鋰離子電池PACK廠，每天可處理20萬顆18650電芯，該PACK廠為以后退役動力鋰離子電池的梯次利用供應了條件。此外，蔚來汽車把發(fā)展基于動力鋰離子電池梯次利用到儲能上的能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，作為其公司發(fā)展戰(zhàn)略的重要一環(huán)。
寶馬CEO科魯格（HaraldKrüger）表示未來寶馬廢舊汽車電池都將回收到儲存農(nóng)場。寶馬宣布舊電池儲存農(nóng)場投入使用，500塊寶馬電動汽車電池將驅動廠的四座風車，為萊比錫廠供應四分之三的電力。寶馬i系電動汽車的汽車電池的保質期為八年，八年過后電池過期后就會進入農(nóng)場。屆時，寶馬儲存農(nóng)場將能為萊比錫和周邊地區(qū)的電網(wǎng)供電，農(nóng)場最大功率將達一千萬瓦特，能為5萬德國家庭供應一個月的電量。寶馬也將在德國其他廠設置安裝儲存農(nóng)場?？启敻裾f：“寶馬的未來是電動汽車”，他高度評價了萊比錫廠為寶馬和寶馬電動汽車做出了重要的貢獻，計劃今年大規(guī)模擴建萊比錫廠，已經(jīng)投資了20億歐元改良萊比錫廠。
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