電動(dòng)汽車動(dòng)力電池梯次利用難題如何破冰？

伴隨電動(dòng)汽車的高速發(fā)展，給電動(dòng)汽車提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的動(dòng)力電池梯次利用已成為上述能源體系一個(gè)迫在眉睫的問題。

5月30日，深圳一純進(jìn)口特斯拉Model 3的車主在充電站被困車內(nèi)十多分鐘里，險(xiǎn)些窒息。特斯拉官微表示：“現(xiàn)場(chǎng)判斷車輛的情況是因?yàn)檐囕v12V電瓶蓄電能力下降導(dǎo)致?！瓕?duì)車輛外接搭電后，車輛已開至服務(wù)中心進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)?！?

6月11日，特斯拉Model S改款車型Plaid上市，其最大變化是之前使用的12V鉛酸電池已由鋰電池替代，這釋放了什么信號(hào)呢？

隨著向應(yīng)對(duì)氣候變化的“3060目標(biāo)”的提出，走向碳中和已經(jīng)成為世界主要國(guó)家的共識(shí)，向?qū)崿F(xiàn)“凈零”遠(yuǎn)景邁進(jìn)。在中國(guó)，構(gòu)建綠色、低碳、清潔、高效安全能源體系是我國(guó)能源發(fā)展大方向。到2030年，中國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上。伴隨電動(dòng)汽車的高速發(fā)展，給電動(dòng)汽車提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的動(dòng)力電池梯次利用已成為上述能源體系一個(gè)迫在眉睫的問題。

儲(chǔ)能規(guī)模不斷攀升

新能源體系的建立將在很大程度上改變傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)，之前的煤電和燃機(jī)發(fā)電為主將會(huì)變?yōu)橐悦弘姾腿紮C(jī)為基礎(chǔ)，風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能（包括電動(dòng)汽車）能源供給形式多樣化共存的新局面。儲(chǔ)能在其中發(fā)揮一個(gè)非常重要的支撐作用，是提升電力系統(tǒng)靈活性、安全經(jīng)濟(jì)性的重要手段，同時(shí)也是互聯(lián)網(wǎng)加智慧能源的重要組成部分和關(guān)件支撐技術(shù)。

現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)主要以物理儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能為主，包括壓縮空氣、鋰電池、氫儲(chǔ)能等。雖然儲(chǔ)能技術(shù)路線非常多，但短期看，從能量轉(zhuǎn)化效率、技術(shù)成熟度和經(jīng)濟(jì)性分析，可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的路線并不多。

數(shù)據(jù)顯示，截止2019年，全球投運(yùn)的儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模大約為184.6GW，其中物理儲(chǔ)能是占比最大，達(dá)171GW規(guī)模，電化學(xué)裝機(jī)規(guī)模緊隨其后，約為5.2%。

環(huán)保車輛引發(fā)鋰離子電池?fù)?dān)憂

市場(chǎng)調(diào)研公司Yole認(rèn)為，鋰離子電池回收市場(chǎng)主要由蓬勃發(fā)展的電動(dòng)汽車市場(chǎng)推動(dòng)，預(yù)計(jì)到2025年，將有70.5萬噸鋰離子電池報(bào)廢，2040年這一數(shù)字將達(dá)到每年900萬噸。

Yole分析師表示，2019年鋰離子電池回收市場(chǎng)總量約為9.38萬噸，2019-2025年復(fù)合年增長(zhǎng)率為30%，期末達(dá)到45.9369萬噸。目前鋰離子電池原材料的回收利用價(jià)值約為3.15億美元，這個(gè)數(shù)字到2025年將達(dá)到11.37億美元，到2040年將達(dá)到23.81億美元。

鋰離子電池回收市場(chǎng)趨勢(shì)

Yole電力電子和材料分析師Shalu Agarwal博士認(rèn)為：“鋰離子電池廣泛應(yīng)用于消費(fèi)品、電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車、固定儲(chǔ)能及其他應(yīng)用。電動(dòng)汽車市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)對(duì)解決迫在眉睫的氣候危機(jī)和實(shí)現(xiàn)減少二氧化碳排放的全球目標(biāo)至關(guān)重要。然而，越來越多的電動(dòng)汽車對(duì)鋰離子電池回收商提出了嚴(yán)峻的廢物管理挑戰(zhàn)。隨著電動(dòng)汽車的普及爆炸式增長(zhǎng)，曾經(jīng)為環(huán)保汽車提供動(dòng)力的大量報(bào)廢鋰離子電池也在爆炸式增長(zhǎng)”。

據(jù)Yole分析，到2025年，廢舊鋰離子電池將達(dá)到70.5萬噸左右，2040年廢舊鋰離子電池年產(chǎn)量將達(dá)到900萬噸。目前只有一小部分鋰離子電池被回收，其余都被填埋。2019年鋰離子電池回收市場(chǎng)總量約為9.38萬噸，2025年將增長(zhǎng)至45.93萬噸，2019年至2025年復(fù)合年增長(zhǎng)率為30%。

在這種背景下，行業(yè)需要突破性技術(shù)和相關(guān)回收利用市場(chǎng)，需要回收商和參與鋰離子電池二次生命應(yīng)用的參與者有強(qiáng)大、持續(xù)增長(zhǎng)的商業(yè)潛力。鋰離子電池回收供應(yīng)鏈包括電池芯、電池組、鋰離子電池回收和相關(guān)商業(yè)模式的關(guān)鍵參與者。

鋰離子電池回收供應(yīng)鏈

分析表明，廢舊電池的主要來源是消費(fèi)品，包括近年來迅速發(fā)展的電動(dòng)汽車。然而，鋰離子電池制造過程中產(chǎn)生的制造廢料也占有不可忽視的份額。就電動(dòng)出行而言，制造廢料在整個(gè)鋰離子回收市場(chǎng)中占有相當(dāng)大份額。因此，在鋰離子電池回收市場(chǎng)預(yù)測(cè)模型中，Yole的分析師納入了電池生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的制造廢料、報(bào)廢鋰離子電池和二次報(bào)廢鋰離子電池的份額。

鋰離子電池二次生命應(yīng)用趨勢(shì)

Yole電力電子和電池首席分析師Milan Rosina博士說：“廢舊電池回收的寶貴材料可以為電池回收商提供一個(gè)機(jī)會(huì)。其原材料總價(jià)值約為9.21億美元，2025年將達(dá)19.60億美元，2040年將達(dá)263.81億美元。由于鋰離子電池回收率僅為百分之幾，用于回收的鋰離子電池原材料價(jià)值約為3.15億美元，2025年將達(dá)11.37億美元，2040年將達(dá)238.12億美元”。

中國(guó)鋰離子電池儲(chǔ)能水漲船高

我國(guó)2019年已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模32.4GW，排名全球第一。抽水蓄能占93.4%，電化學(xué)儲(chǔ)能占比大約5.3%，電化學(xué)中鋰電池儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模最大，增速接近60%。從裝機(jī)規(guī)?？?，我國(guó)鋰電池儲(chǔ)能已達(dá)56.3%。經(jīng)濟(jì)性方面，過去幾年鋰電池成本快速下降，電芯價(jià)格降到0.5元/Wh，系統(tǒng)成本到了1.5元的水平。鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期成本已低于鉛酸電池。從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)看，鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)適應(yīng)性較強(qiáng)，應(yīng)用范圍和場(chǎng)景廣，在風(fēng)能和光伏發(fā)電包括新基建領(lǐng)域，成本和安全性方面更具優(yōu)勢(shì)。

賽迪研究院預(yù)計(jì)，2025年我國(guó)鋰電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到50GWh，市場(chǎng)空間達(dá)兩千億元左右，2035年裝機(jī)規(guī)模可達(dá)600GW，是2019年的430倍，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)兩萬億元。

從鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)裝備重點(diǎn)發(fā)展方向看，超長(zhǎng)壽命磷酸鐵鋰電池、先進(jìn)系統(tǒng)集成能力與智能化運(yùn)維能力，包括光儲(chǔ)充一體化綜合電站都是重點(diǎn)發(fā)展方向。隨著技術(shù)的發(fā)展，儲(chǔ)能電站的安全也受到廣泛關(guān)注。從我國(guó)目前情況看，建立一個(gè)健全的標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)體系仍然是一個(gè)需要解決的問題。同時(shí)需要建設(shè)一批具有國(guó)際水準(zhǔn)的儲(chǔ)能檢驗(yàn)平臺(tái)機(jī)構(gòu)。

純電動(dòng)車并不“純”

事實(shí)上，此前國(guó)內(nèi)掛綠色純電動(dòng)汽車車牌的車除了有作為動(dòng)力的鋰離子電池，還有一塊傳統(tǒng)的鉛酸電池為12V車載電器供電。鉛酸電池普遍循環(huán)次數(shù)為300-500次，使用1-2年就要更換，車主甚至吐槽一年三換。伴隨車輛向智能化縱深發(fā)展，12V車載系統(tǒng)“吃電深度”不斷加大，進(jìn)一步縮短了其使用壽命。而鋰電池循環(huán)壽命普遍高于2000次，甚至達(dá)到5000次以上，且能量密度更高，質(zhì)量和體積更小。

種種跡象表明，長(zhǎng)期被鉛酸電池把控的12V車載電源市場(chǎng)已被鋰電化悄然撕開一道口子，圍繞12V車載電源的鋰電化變革已拉開序幕。

6月10日，特斯拉Model S改款車型Plaid上市，最大的變化是將鉛酸電池更換為鋰電池，以使其壽命周期與主電池組匹配。

豪華品牌保時(shí)捷Taycan 12V車載電源也選擇了萬向A123磷酸鐵鋰電池，標(biāo)稱電壓13.2V，電池容量528Wh。此外，包括馬自達(dá)、比亞迪、現(xiàn)代、起亞等車企也逐步開啟純電車型12V車載電源的鉛改鋰替代。

電池企業(yè)，包括寧德時(shí)代、萬向A123、LG化學(xué)、駱駝股份、億緯鋰能等電池企業(yè)已開啟12V鋰電池布局。

截止2021年3月，中國(guó)私家車保有量約2.29億輛，若12V啟動(dòng)電源全部換為鋰電，其市場(chǎng)需求將達(dá)到68.7GWh，規(guī)模不可小覷。

動(dòng)力電池儲(chǔ)能應(yīng)用模式和前景

電動(dòng)汽車是推動(dòng)能源革命重要的終端平臺(tái)，融合了人工智能、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)及信息通信新技術(shù)，在汽車工業(yè)新革命的同時(shí)，也成為了能源革命的一個(gè)方向。電動(dòng)汽車動(dòng)力電池儲(chǔ)能應(yīng)用模式和電網(wǎng)互動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)有序充電，解決未來電動(dòng)汽車規(guī)模不斷擴(kuò)大后電網(wǎng)調(diào)峰和調(diào)頻的問題；另外，還有車電互聯(lián)回饋電網(wǎng)功能和換電站儲(chǔ)能。

研究院預(yù)測(cè)，到2035年，全國(guó)動(dòng)力汽車保有量有望達(dá)到1億輛，動(dòng)力電池保有量超過6000GWh；2050年這兩個(gè)數(shù)字將分別達(dá)到3億輛和2萬GWh，也就是說，電池充滿電時(shí)，能夠存儲(chǔ)的電量大約為200億度電，相當(dāng)于目前全國(guó)一天的用電量。

如果實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能動(dòng)力電池和電網(wǎng)的充分融合調(diào)度，完全有可能實(shí)現(xiàn)可再生能源的供需協(xié)同，為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和能源革命提供有力支撐。近年來，相關(guān)部委出臺(tái)了很多車網(wǎng)發(fā)展的鼓勵(lì)政策，國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》明確提出，擴(kuò)展電動(dòng)汽車等分散電池資源的儲(chǔ)能化應(yīng)用，開展對(duì)淘汰動(dòng)力電池進(jìn)行儲(chǔ)能梯次利用研究。

“城市礦山”開采不易

國(guó)家電動(dòng)汽車技術(shù)創(chuàng)新中心總經(jīng)理原誠(chéng)寅博士認(rèn)為，目前鋰電池的再利用還在不明不白的階段，一些問題并沒有厘清。

他表示，隨著上市電動(dòng)汽車越來越多，鋰電池的使用量越來越大，回收電池的工作已經(jīng)開始，一些領(lǐng)先企業(yè)都在做這方面的事情，比如邦普、格林美、豪鵬，他們將鋰電池回收稱為“城市礦山”回收網(wǎng)絡(luò)。這樣件事是從報(bào)廢的消費(fèi)產(chǎn)品鋰電池開始做起的。

目前鋰電池回收處理情況如何呢？原博士認(rèn)為，現(xiàn)在鋰電池梯次利用和之后的處理方面還有一些技術(shù)路線沒有完全走通，比如磷酸鐵鋰電池中的鋰，現(xiàn)在大家愿意要的是鈷和鎳這些貴金屬，而不愿意去碰鋰或鐵；另一方面，鋰電池回收利用過程的幾個(gè)階段沒有搞明白：

第一，車輛上鋰電池狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和評(píng)估，包括剩余電量、電池壽命預(yù)測(cè)。

第二，回收后是直接拆解？還是梯次利用？后者最大的問題是沒有大規(guī)模數(shù)據(jù)，也沒有大規(guī)模應(yīng)用場(chǎng)景，大都是在講故事，比如電信行業(yè)，根本沒有那么多適合使用的50Ah的電芯。

第三，電池拆解后材料怎么處理？廢液、隔膜怎么處理？比如取出來的材料是先全部用化學(xué)法萃取成各種金屬，還先做一些其他處理。以前的套路是先放電，把電解液抽出來，然后用物理法粉碎，根據(jù)密度用風(fēng)吹自然分區(qū)，再在不同的區(qū)用化學(xué)法萃取。現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，這種玩法因?yàn)榛熘容^多的雜質(zhì)，用化學(xué)法萃取金屬效率又比較低，業(yè)界正在尋找更高效、更短閉環(huán)的處理途徑。

培育市場(chǎng)，政策引領(lǐng)

目前，我國(guó)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池梯次利用市場(chǎng)還處于培育階段。政策方面對(duì)梯次利用工作非常重視，主要由工信部牽頭先后發(fā)布了電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池回收利用暫行辦法，提出落實(shí)生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度和全生命周期管理，規(guī)定了電池企業(yè)、汽車企業(yè)及回收拆解企業(yè)生產(chǎn)全環(huán)節(jié)責(zé)任要求，發(fā)布了《電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池回收溯源管理暫行規(guī)定》，以打通車上電池下來之后信息堵塞的問題。要求對(duì)動(dòng)力蓄電池生產(chǎn)、銷售、使用、報(bào)廢、回收、利用全過程進(jìn)行信息采集，各環(huán)節(jié)履行社會(huì)責(zé)任，還出臺(tái)了《電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池梯次利用管理辦法》，鼓勵(lì)開展一批試點(diǎn)示范工作。

京津冀、陜西、上海、江蘇等17個(gè)地區(qū)和中國(guó)鐵塔作為試點(diǎn)，做好電動(dòng)汽車動(dòng)力電池梯次利用示范工作。去年，工信部協(xié)同相關(guān)部委發(fā)布了電動(dòng)汽車動(dòng)力電池梯次利用管理辦法征求意見稿，旨在鼓勵(lì)電池企業(yè)與綜合利用企業(yè)按照先梯次后再生的原則，對(duì)廢舊電力電池開展多用途利用，并對(duì)梯次產(chǎn)品和企業(yè)責(zé)任做了相對(duì)明確的邊界劃分。

針對(duì)梯次利用企業(yè)，國(guó)家發(fā)布5家單位“符合《新能源汽車廢舊動(dòng)力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》企業(yè)名單”后，第二批已有22家。

7月初，發(fā)改委等多部門印發(fā)“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的通知提出，加強(qiáng)新能源汽車動(dòng)力電池溯源管理平臺(tái)建設(shè)，完善新能源汽車動(dòng)力電池回收利用溯源管理體系。

推動(dòng)新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)和廢舊動(dòng)力電池梯次利用企業(yè)通過自建、共建等方式，建設(shè)規(guī)范化回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)；

推進(jìn)動(dòng)力電池規(guī)范化梯次利用，提高余能檢測(cè)、殘值評(píng)估、重組利用等技術(shù)水平；

加強(qiáng)廢舊動(dòng)力電池再生利用與梯次利用成套化先進(jìn)技術(shù)裝備推廣應(yīng)用；

完善動(dòng)力電池回收利用標(biāo)準(zhǔn)體系。

在應(yīng)用方面，國(guó)家鼓勵(lì)梯次利用企業(yè)研發(fā)適用于基站、儲(chǔ)能等充換電領(lǐng)域的產(chǎn)品，不得開發(fā)不宜回收的產(chǎn)品，首次明確梯次利用下來的電池不能用于危險(xiǎn)性比較高的領(lǐng)域。

之前溯源管理體系鏈條沒有打通的一個(gè)重要原因是車上電池相關(guān)信息鏈不通，所以管理辦法提出建議溯源管理體系進(jìn)行廠商代碼申請(qǐng)和編碼規(guī)則備案，向新能源國(guó)家檢測(cè)與動(dòng)力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺(tái)上傳產(chǎn)品信息，這個(gè)平臺(tái)建立在北理工。

對(duì)梯次利用產(chǎn)品的要求主要包括六個(gè)方面：產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠性；拆解回收要求；產(chǎn)品性能實(shí)驗(yàn)需要滿足的要求；產(chǎn)品標(biāo)識(shí)內(nèi)容；防護(hù)包裝要求；認(rèn)證制度要求。

工業(yè)和信息化部負(fù)責(zé)全國(guó)動(dòng)力蓄電池梯次利用管理指導(dǎo)、協(xié)調(diào)工作。生態(tài)環(huán)境部、商務(wù)部、市場(chǎng)監(jiān)管總局在各自職責(zé)范圍內(nèi)對(duì)動(dòng)力蓄電池梯次利用進(jìn)行監(jiān)督管理，加強(qiáng)信息共享。

另外，還將組織電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池梯次利用管理技術(shù)委員會(huì)，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池梯次利用管理過程中的技術(shù)問題，市場(chǎng)監(jiān)督部門主要到對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督，生態(tài)環(huán)境部主要負(fù)責(zé)梯次利用企業(yè)生產(chǎn)、報(bào)廢和再生利用企業(yè)利用處置等活動(dòng)的環(huán)境污染防治情況的監(jiān)督；商務(wù)部對(duì)報(bào)廢機(jī)動(dòng)車回收拆解企業(yè)拆卸行為進(jìn)行監(jiān)督管理。

在頂層設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，我國(guó)廢舊動(dòng)力電池梯次利用回收將初步形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。從動(dòng)力電池生命周期看，從生產(chǎn)、制造、使用到梯次利用在再生利用之間通過規(guī)范化的回收網(wǎng)點(diǎn)來進(jìn)行銜接。

工信部目前已經(jīng)發(fā)布了1.2萬多家認(rèn)可的回收網(wǎng)點(diǎn)，同時(shí)也規(guī)定了整車企業(yè)是回收電池主要的責(zé)任方，但事實(shí)上，在電池拆解回收再利用方面整車企業(yè)能做的事情也并不多，目前通常是授權(quán)給電池企業(yè)和第三方回收企業(yè)進(jìn)行電池回收。實(shí)際上第一批白名單上的回收利用企業(yè)都跟電池廠或整車企業(yè)有非常緊密的關(guān)系。

技術(shù)和規(guī)模是關(guān)鍵

目前，因?yàn)樯虡I(yè)模式并沒有完全打通，動(dòng)力電池梯次利用和回收規(guī)模和集中度還存在一定不足。另外，技術(shù)的成熟度和適用性、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范管理以及安全性和監(jiān)督方面都需要進(jìn)一步完善。

隨著汽車退役時(shí)間的到來，大規(guī)?；厥绽靡矔?huì)很快到來，加速推進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作，實(shí)現(xiàn)廢舊動(dòng)力電池高質(zhì)量回收利用是亟待解決的問題。