鋰電池梯次利用

1、背景背景近年來，受益于政策、補(bǔ)貼，我國新能源汽車呈現(xiàn)快速增長，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)力鋰電池的需求量和報(bào)廢量不斷增長。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2015年中國鋰電池總產(chǎn)量47.13Gwh，其中，動(dòng)力電池產(chǎn)量16.9Gwh，占比36.07%；消費(fèi)鋰電池產(chǎn)量23.69Gwh，占比50.26%；儲(chǔ)能鋰電池產(chǎn)量1.73Gwh，占比3.67%?！秷?bào)告》測(cè)算，到2020年動(dòng)力鋰電池的需求量將達(dá)到125Gwh，報(bào)廢量將達(dá)32.2Gwh，約50萬噸；到2023年，報(bào)廢量將達(dá)到

2、101Gwh，約116萬噸。當(dāng)前，電池金屬材料資源的供需不平衡正逐漸顯現(xiàn)。隨著新能源車下游需求逐步明確，國內(nèi)動(dòng)力電池廠商20162017年紛紛擴(kuò)大產(chǎn)能，尤其是三元電池的擴(kuò)張，進(jìn)一步提升了對(duì)鈷的需求因此從廢舊電池中回收再利用鈷也越來越具有經(jīng)濟(jì)性。對(duì)企業(yè)而言，動(dòng)力電池回收蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī)，經(jīng)過回收處理，可以為電池生產(chǎn)商節(jié)約原材料成本。此外，動(dòng)力電池回收還與政府建設(shè)低碳經(jīng)濟(jì)和環(huán)境友好型社會(huì)密切相關(guān)。電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池性能會(huì)隨著充電次數(shù)的增加而

3、衰減，當(dāng)電池容量衰減至額定容量的80%以下時(shí)，動(dòng)力電池就不適于應(yīng)用在電動(dòng)汽車上，這意味著其在電動(dòng)汽車上的使用壽命終止。如果直接將電池淘汰，必將造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染。國標(biāo)GBT340132017《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》明確規(guī)定了電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池的單體、模塊和標(biāo)準(zhǔn)箱尺寸規(guī)格要求。這一標(biāo)準(zhǔn)可有效解決此前存在于動(dòng)力電池梯次利用中，動(dòng)力電池由于尺寸不一難以匹配儲(chǔ)能電站或家用儲(chǔ)能設(shè)備結(jié)構(gòu)的難題，也降低了動(dòng)力電池的

4、梯次回收利用的門檻。國標(biāo)GBT340142017《汽車動(dòng)力蓄電池編碼規(guī)則》規(guī)定了動(dòng)力電池編碼基本原則、編碼對(duì)象、代碼結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)載體。該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，可在動(dòng)力電池生產(chǎn)管理、維護(hù)和溯源、電動(dòng)汽車關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)控，特別是在動(dòng)力電池回收利用環(huán)節(jié)，憑借可追溯性和唯一性，更加準(zhǔn)確地確定動(dòng)力電池回收的責(zé)任主體。國標(biāo)GBT340152017《車用動(dòng)力電池回收利用余能檢測(cè)》。則規(guī)范了動(dòng)力電池外觀檢查、極性檢測(cè)、電壓判別、充放電電流判別、余能測(cè)試等檢測(cè)流程，為車用

5、動(dòng)力電池的余能檢測(cè)提供評(píng)價(jià)依據(jù)，有助于提高廢舊動(dòng)力蓄電池余能檢測(cè)的安全性和科學(xué)性。隨著新能源汽車保有量的增長，動(dòng)力鋰電池的梯次利用和回收成為一個(gè)必須面對(duì)的問題。在動(dòng)力鋰電池梯次利用和回收尚未發(fā)展成熟的情況下，運(yùn)營模式就顯得尤為重要，這關(guān)乎成本和盈利等企業(yè)切身利益。目前國內(nèi)已有企業(yè)在動(dòng)力鋰電池的梯次利用和回收方面展開布局，運(yùn)營模式也各有不同。動(dòng)力電池梯次利用的意義在于從電池原材料—電池—電池系統(tǒng)—汽車應(yīng)用—二次利用—資源回收—電池原材料的

6、電池全生命周期使用角度考慮，可以降低電池成本，避免環(huán)境污染。針對(duì)退役的動(dòng)力電池，有兩種可行的處理方法。一種是直接作為工業(yè)廢品，進(jìn)行報(bào)廢和拆解，提煉其中的原材料，實(shí)現(xiàn)原材料的循環(huán)利用。另一種方式則是考慮退役的動(dòng)力電池，雖然已經(jīng)不滿足汽車的使用條件，但仍然擁有一定的余能，其壽命并未完全終止，可以用在其他領(lǐng)域作為電能的載體使用，從而充分發(fā)揮其剩余價(jià)值。退役電池單體之間存在差異，尤其是均勻性上，有時(shí)候能量的衰減是非線性、斷崖式的，就如同木桶理論

7、——最短的木板起決定作用，最差的電池則決池回收，須通過提高回收處理效率以期實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益平衡。總而言之，要實(shí)現(xiàn)鐵鋰電池回收，回收效率是一個(gè)關(guān)鍵。我國正處于電池梯次利用的起步階段，技術(shù)難點(diǎn)還有重組技術(shù)、壽命預(yù)測(cè)和離散整合技術(shù)等。壽命預(yù)測(cè)是整個(gè)梯次利用產(chǎn)品技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)，如果不掌握產(chǎn)品的使用壽命，試問如何為客戶提供質(zhì)量保證呢？所以從電池企業(yè)的角度出發(fā)，攻克壽命預(yù)測(cè)技術(shù)是梯次利用項(xiàng)目的重中之重。當(dāng)然，壽命預(yù)測(cè)技術(shù)之所以難，是由于很多關(guān)鍵技術(shù)集中體

8、現(xiàn)，如衰減機(jī)理、檢測(cè)、消耗量等。還有一個(gè)難點(diǎn)，在不同的情況、不同的地區(qū)環(huán)境和工況下，電池的消耗速率并不一樣，同一時(shí)間退役的一批電池，將出現(xiàn)不同的衰減速率，而將分布不均勻的電池重新應(yīng)用于一個(gè)產(chǎn)品中，對(duì)于整個(gè)行業(yè)來講，這是一個(gè)難點(diǎn)。離散整合技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)就是在管理系統(tǒng)里如何讓系統(tǒng)更有效地應(yīng)用剩余的能量，目前業(yè)內(nèi)都在集中力量攻克這個(gè)難點(diǎn)，重點(diǎn)解決不同的離散程度的電池包如何在一個(gè)系統(tǒng)里高效運(yùn)行。電池材料回收方面，寧德時(shí)代與具備材料回收資質(zhì)的企業(yè)合

9、作。從操作流程來講，主要包括電池包分類、拆解及材料回收三步驟。目前，針對(duì)材料回收的拆解環(huán)境、運(yùn)輸條件，企業(yè)都在制定標(biāo)準(zhǔn)，今年可推出材料回收和包裝運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，計(jì)劃在2017年推行一系列梯次利用標(biāo)準(zhǔn)。具體而言，電池拆解是通過破碎變成電極粉，再將相關(guān)金屬進(jìn)行回收；材料回收主要是通過電極粉、經(jīng)過酸堿、萃取，然后變成三元材料，最終呈現(xiàn)的產(chǎn)物是硫酸鎳、硫酸錳、硫酸鈷等。對(duì)此，確?；厥者^程也是環(huán)?；厥帐呛饬刻荽卫玫囊粋€(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，因此過程監(jiān)控顯得非常

10、重要?；诖?，國家對(duì)場(chǎng)地、拆解環(huán)境、拆解設(shè)備、拆解人員做出相應(yīng)的要求，企業(yè)在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)也涉及到設(shè)備、人員資質(zhì)、拆解環(huán)境、油水分離等問題。總而言之，材料回收在保證環(huán)保的同時(shí)，要達(dá)到較高的回收率。最后，電池材料回收是通過“物理化學(xué)”的方法，整車企業(yè)無須過多考慮后端處理的問題。相對(duì)而言，梯次利用更能夠發(fā)揮產(chǎn)品的最大價(jià)值，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的利益最大化，是更為綠色和環(huán)保的做法。但梯次利用所面臨的難題和挑戰(zhàn)也非常的多，如果不能有效解決，就不能實(shí)現(xiàn)真正的

11、產(chǎn)業(yè)化。1.電池拆解動(dòng)力電池退役時(shí)，是整個(gè)pack從車上拆解下來的。不同的車型有不同的電池pack設(shè)計(jì)，其內(nèi)外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模組連接方式，工藝技術(shù)各不相同，意味著不可能用一套拆解流水線適合所有的電池pack和內(nèi)部模組。那么，在電池拆解方面，就需要進(jìn)行柔性化的配置，將拆解流水線進(jìn)行分段細(xì)化，針對(duì)不同的電池pack，在制定拆解操作流程時(shí)，要盡可能復(fù)用現(xiàn)有流水線的工段和工序，以提高作業(yè)效率，降低重復(fù)投資。在拆解作業(yè)時(shí)，不可能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，必然