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谈谈废旧动力电池该如何处置?

  随着我国新能源汽车产业快速发展,动力电池市场将迎来巨大增幅,同时,随之而来的动力电池回收再利用问题将越来越突出。一般来说,动力电池的容量低于初始容量的80%就认为动力电池寿命结束,不能再用在新能源汽车上。从目前技术来看,动力电池包的循环寿命为1000-1500次左右,折合使用寿命为5年左右。随着电动汽车大范围推广,动力电池的报废数量也将越来越多,据中国汽车技术研究中心预测,到2020年,我国电动汽车动力电池累计报废量将达到12万-17万吨的规模。因此,我国亟需建立一个动力电池梯级回收产业链。

  我国动力电池梯级回收现状

  1.政策

  我国在2012年7月出台的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012~2020年)》中,就明确提出“制定动力利用管理办法,建立动力电池梯级利用和回收管理体系,明确各相关方的责任、权利和义务。引导动力电池生产企业加强对废旧电池的回收利用,鼓励发展专业化的电池回收利用企业。”但是,这一规划中对回收利用过程中的权责和承担方并未作出具体的规定。

  2015年,财政部等四部委联合下发《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》,汽车生产企业及动力电池生产企业应承担动力电池回收利用的主体责任,负责动力电池的回收。

  为鼓励生产企业回收动力电池,不少地方政府也在积极探索。上海市出台政策,车企回收动力电池政府将补助1000元/套;深圳则建立动力电池利用和回收体系:每卖一辆车厂商拿出600元、政府拿出300元,用于回收动力电池,初步建立电池回收的机制。

  2.发展现状

  目前,包括国家电网、各地政府、电池企业等企事业单位纷纷开展动力电池梯次回收的研究,取得一定进展,但仍然属于探索阶段,尚未形成产业链。

  国网浙江公司探索动力电池在电动自行车上的梯次回收。国网浙江电力公司于2013年编制完成了《动力电池电动自行车梯次利用技术方案》,其对电动汽车报废电池的电芯进行重组,改造成用于48伏电动自行车的动力电源,实现节能减排。

  国网北京公司将电池梯次利用与快充结合。2014年3月,国网北京电科院开展了“电动汽车动力电池梯次利用技术研究与示范”项目,该项目将退运电池梯次利用与直流快充站相结合,同时通过百千瓦级储能系统接入,动态调节充电站内直流负荷,稳定电压节点,降低充电站内负荷峰谷差,提高充电站的综合运营效益。

  国网河南公司建成微电网系统,并打造了一套动力电池分选、评估、配组的规范化流程。国网河南公司联合南瑞集团、电池制造企业等单位,通过在基础理论、应用技术及示范推广等方面开展全面研究与实践,建成的退役电池储能示范工程,在全国率先打造了一套退役动力电池从分选、重组到储能利用的规范化流程。该工程位于郑州市尖山真型输电线路试验基地,是国内首个真正意义上的基于退役动力电池的混合微电网系统,联调成功后已连续运行满1年,累计供电逾4.5万千瓦时,目前系统运行状况良好。此外,国网河南电力还牵头组建了退役电池分选评估技术平台,实现了退役电池的安全性评估、循环寿命测试及分选分级;针对退役电池性能不一致性,制定了电池配组技术规范,研制了高效可靠的电池管理系统,提升了电池的二次循环寿命;开发出不同电压和容量等级的退役电池储能系统,推动了退役电池储能系统在电动摩托车等小型储能领域的示范应用。

  北京科委通过场地车、变电站等改装,达到了较好的经济效果。北京市科委的“电动汽车锂离子电池系统全生命周期利用技术研究与示范”项目组利用退役的动力电池,在电动场地车、电动叉车和电力变电站直流系统上进行改装示范,经实测回收电池性能上相比传统铅酸电池有一定优势,且经济性较好。

  梯级回收存在的问题

  梯次利用更能够挖掘动力电池的更多价值,降低动力电池整体成本,实现循环经济的利益最大化。但梯次利用仍面临众多的难题和挑战,如果不能有效解决,难以实现产业化。

  1.电池匹配问题

  我国不同车企的电池路线、电池的规格型号选择以及对电池的测评要求各不相同,造成了目前电池的型号过多,不同类型电池电压、充放平台都各不相同,所以在电池分选过程中将造成极大的困难。由于储能电池规模很大,常以百千瓦甚至兆瓦级作为单位,因此储能电池利领域电池匹配问题尤为突出。

  2.与储能项目的匹配问题

  储能电池属于工程属性的电池,建设的时间和空间相对集中,有明确的工期限制。动力电池属于产品属性的应用,电池的淘汰随时随地发生,和储能电池的工程属性不大匹配。如果有了储能项目,再去市场上回收电池,时效上无法保证;如果把平时回收的电池储存起来,可能会增加回收电池的成本,同时电池的存放过程中,性能也可能会发生改变。

  3.电池二次成本问题

  电池梯次利用过程中,其回收、拆解、分选、运输、仓储、二次成组,每一步都需要成本,尤其电池拆解过程中,由于不同厂家电池结构、模组连接、工艺技术各不相同,自动化设备难以完成,需要存在大量的人工作业,效率低下,且由于拆解过程中损坏等因素,成本存在不确定性,如何有效降低这部分成本、提高效率,将成为动力电池有效梯级利用的关键因素。

  4.安全问题

  电池本身是能量载体,即使在放电完成之后,仍有部分能量残留。在电池拆解过程,由于存在大量的人工作业,操作规范性难以保证,如果一旦出现操作不当,容易出现短路、漏液等问题,进而造成起火爆炸等安全事故。

  总结

  预计在未来4-8年内,本阶段推广的新能源汽车电池将逐渐报废,以目前动力电池回收发展情况来看,我国仍处于起步阶段,距离产业化尚远,政府、企业都亟需加紧布局,避免未来形成被动局面。