鉅大LARGE | 點擊量：1413次 | 2018年07月08日
動力電池梯級利用并不是偽命題
盡管動力電池梯級利用常被認為“偽命題”，但在2017年，已有多家公司在此領(lǐng)域有所進展，初步探索出成本和性能均具一定市場競爭力的梯級利用產(chǎn)品。容量衰減到80%以下之后，動力電池還有可能用在備電、用戶側(cè)儲能等多種場景。
業(yè)界期望梯級利用能夠幫助儲能降低成本，使儲能找到更大的市場。但是，電池質(zhì)量的提升，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化程度的提高等關(guān)鍵因素都非一日之功。
從偽命題到進展初現(xiàn)
工信部官網(wǎng)顯示，中國鐵塔公司自2015年10月，先后在黑龍江、天津等9省市建設(shè)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。
工信部還稱，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(lǐng)域推廣應(yīng)用積累了經(jīng)驗。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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%
通信基站一般通過電網(wǎng)系統(tǒng)供電，但需要配置后備電池，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)模的退役動力電池。
業(yè)內(nèi)人士透露，如果時機成熟，鐵塔公司將有可能用梯級利用電池大規(guī)模替換原有鉛酸電池。這一方面是出于成本的考量，一方面是國家層面對于解決動力電池回收利用問題的期望。
除了鐵塔公司，多家儲能企業(yè)也在布局基于梯級利用電池的儲能系統(tǒng)，并試圖將其推向商業(yè)化。
9月中恒電氣旗下公司煦達新能源在江蘇投運一套工商業(yè)儲能項目，該項目使用的電池正是從電動汽車上退役的動力電池。該系統(tǒng)由9套20kW/122kWh儲能基本單元并聯(lián)組成，共計180kW/1.1MWh，是國內(nèi)首套mw級梯級利用電池儲能電站。
專注于電池管理系統(tǒng)的東莞鉅威動力也正在與寧波杉杉開展合作，研究梯級利用問題。
主管部門也在關(guān)注梯級利用問題。6月以來，工信部節(jié)能與綜合利用司已經(jīng)就車用動力電池回收利用問題開展了至少三次專題調(diào)研，其中兩次針對鐵塔公司通信基站儲能，一次是調(diào)研上海市相關(guān)企業(yè)和機構(gòu)的研究進展。
10月11日，五部委聯(lián)合發(fā)布首個儲能產(chǎn)業(yè)的整體性指導(dǎo)文件——《關(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，其中也專門提到：“推行綠色設(shè)計理念，研究建立儲能產(chǎn)品的梯級利用與回收體系，加強監(jiān)管，杜絕污染?！?/p>
回收利用，不做不行
“很早之前大家宣揚鋰離子電池綠色環(huán)保，這只是和過去鉛酸電池的鉛污染相比，并不是一點污染也沒有，可以任意丟棄到自然界。”中南大學(xué)材料學(xué)院教授李薦在第五屆儲能技術(shù)應(yīng)用高層研討會上表示。
退役動力電池存在安全和污染雙重風(fēng)險。廢棄電池仍然帶電，有人身危險性，另外，多年使用之后，電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，燃燒爆炸風(fēng)險也會增加。
六氟磷酸鋰是電解液的重要組成部分，遇水可變?yōu)闅浞?，有極強的腐蝕性，污染水和空氣。電解液中的多種有機溶劑可能通過化學(xué)反應(yīng)造成醇類、醛類等有機污染。鈷、鎳等電極材料如果不回收，則有可能造成水土的重金屬污染。
新能源汽車退役動力電池包數(shù)量龐大，污染的風(fēng)險就顯得格外嚴(yán)峻。2014年-2016年，中國新能源汽車的銷量依次是7.5萬輛、33.1萬輛和50.7萬輛，業(yè)內(nèi)預(yù)計2017年銷量有望超過70萬輛。與此同時，新能源汽車的銷量一直保持高速增長。據(jù)中國汽車技術(shù)研究中心預(yù)測，到2020年，中國電動汽車電池報廢量將超過17萬噸。
資源問題也使企業(yè)從成本角度考慮動力電池的回收和再利用。李薦表示，盡管電池企業(yè)正在減少產(chǎn)品中的鈷、鎳比例，但由于電池總量增加，所以這些金屬的用量仍在增加?！拔覀儑业拟?5%來自進口，鋰70%來自進口，比石油的對外依存度還高。”
受到新能源汽車增長的預(yù)期，電池材料在過去的幾年里價格猛漲。2016年底，鈷的價格18萬元/噸左右，如今已經(jīng)上漲到40萬元/噸以上。2014年之前，碳酸鋰的價格只有5萬元/噸，三年過后已漲到16萬元/噸的水平，2015年還曾突破20萬元大關(guān)。多家受訪企業(yè)判斷，未來幾年電池材料價格仍將保持漲勢，“這些情況決定了我們必須要回收”。
成本控制定成敗
梯級利用和再生處理是退役動力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。如果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(nèi)人士看來，梯級利用充分發(fā)揮了動力電池的價值，但只有保證經(jīng)濟性，這件事才是值得去做的。
電池的質(zhì)量是梯級利用的前提。一位業(yè)內(nèi)人士表示，2014年以前生產(chǎn)的動力電池很難實現(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(zhì)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(shù)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(nèi)人士看來，梯級利用從技術(shù)上說并不難，難點在于成本控制。
一位業(yè)內(nèi)人士介紹，即使是電芯成本遠低于新電池，拆解、篩選、重組等步驟都會增加梯級利用的成本，另外舊電池壽命較短，如果用于儲能也難以像新電池一樣實現(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，梯級利用電池也面臨和新電池之間的競爭。
電芯是動力電池的基本構(gòu)成單位，電芯通過串并聯(lián)形成電池模組，再通過配備電池管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)等裝置，最終構(gòu)成電池包（pack）。退役電池的拆解則是反向進行。但由于拆借和重新配組的成本過高，拆到電芯級別再重組電池，相當(dāng)于重新定義了一款產(chǎn)品，而且這個產(chǎn)品的原料保障還是比較差的。
梯級利用電池用在哪些場景呢？由于舊電池容量更低、壽命更短，實際上其應(yīng)用場景較新電池更為狹窄，業(yè)內(nèi)一般將其比喻為退休人員發(fā)揮余熱。
在目前的視野中，通信儲能被認為最適合接納退役電池。通信基站的電池主要在于備用，對循環(huán)次數(shù)要求不高，只要性能和成本優(yōu)于鉛酸電池即可。
標(biāo)準(zhǔn)化推動梯級利用
7月12日，國家標(biāo)準(zhǔn)委發(fā)布了3項涉及汽車動力電池的國家標(biāo)準(zhǔn)，分別是是GB/T34013-2017《電動汽車用動力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》、GB/T34014-2017《汽車動力蓄電池編碼規(guī)則》、GB/T34015-2017《車用動力電池回收利用余能檢測》。上述標(biāo)準(zhǔn)將于2018年2月1日開始實施。
此前，由工信部提出的國內(nèi)首個關(guān)于動力電池回收利用的國家標(biāo)準(zhǔn)——《車用動力電池回收利用拆解規(guī)范》也已被國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)，將于今年12月1日起正式實施。
《電動汽車用動力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》規(guī)定了電動汽車用動力蓄電池的單體、模塊和標(biāo)準(zhǔn)箱尺寸規(guī)格要求?！镀噭恿π铍姵鼐幋a規(guī)則》規(guī)定了動力電池編碼的編碼對象、代碼結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)載體，使每一個電池產(chǎn)品具有唯一性和可追溯性。《車用動力電池回收利用余能檢測》則規(guī)范了對退役動力電池狀態(tài)的評估，通過檢測剩余容量來判斷其再利用的價值。
從電池行業(yè)對于梯級利用技術(shù)的實踐來看，目前國內(nèi)動力電池型號眾多，不同企業(yè)所生產(chǎn)的電池在材料、結(jié)構(gòu)和組裝工藝上都千差萬別。這使得拆解難以通過流水線完成，不得不借助于人工。這既提高了梯級利用的技術(shù)難度，也提高了再次利用的成本。電池行業(yè)希望通過標(biāo)準(zhǔn)化的提高使得梯級利用更具可行性。
在上述標(biāo)準(zhǔn)中，《汽車動力蓄電池編碼規(guī)則》最受產(chǎn)業(yè)鏈后端企業(yè)看重。李薦表示，推動動力電池編碼制度一方面幫助監(jiān)管者杜絕騙補等問題，同時有利于推進生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度的落實，全面跟蹤電池從出廠到回收整個過程，監(jiān)督生產(chǎn)企業(yè)的回收行為。
不過，采用了這些標(biāo)準(zhǔn)的新電池什么時候退役呢？理論上來說也還有5-8年。在此之前，梯級利用仍然需要面對非標(biāo)準(zhǔn)化帶來的高成本問題。目前的退役電池大概只有一半可以繼續(xù)利用，隨著動力電池質(zhì)量的提升，未來可使用比例將可能提高到百分之六七十，樂觀的話可以到百分之八十。
不過梯級利用之后，電池最終還要面臨再生處理。天能集團技術(shù)總監(jiān)侯國友提醒業(yè)界，梯級利用只是延緩了電池?zé)o害化處理的進程。如果生產(chǎn)者延伸責(zé)任制全面實施，無害化處理的成本將由企業(yè)承擔(dān)，而如果在回收和無害化處理上不能實現(xiàn)經(jīng)濟性，其成本必將體現(xiàn)到產(chǎn)品價格中，這才是企業(yè)尤其需要擔(dān)心的事情。
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