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动力锂电池梯次利用:检测技术与回收模式同样重要
动力锂电池梯次利用:检测技术与回收模式同样重要
  • 发布时间:2021-02-06 17:00

动力锂电池梯次利用:检测技术与回收模式同样重要

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当《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》(以下简称《规划》)对外公布时,《新能源汽车动力蓄电池梯次利用管理办法》正处于征求意见阶段。


《规划》提出“推动动力锂离子电池全价值链发展”,如完善动力锂离子电池多层次、多用途回收体系,加强全生命周期监管等。征求意见稿提出的措施则更加具体,即鼓励梯次利用公司研发生产适用于基站备电、储能、充换电等领域的梯次产品。


在此之前,业界对动力锂离子电池的梯次利用问题争议不断。争议的焦点是用在哪儿、怎么用及最终验证能不能用。


“并不是所有动力锂离子电池都适合梯次利用。”南方电网科学研究院研究员雷博认为。而退役动力锂离子电池到底处在全生命周期的哪个状态、如何对其进行全方位评估等问题,则是北京昇科能源科技有限责任公司创始人褚政宇更关心的。


《我国科学报》采访时了解到,随着我国新能源汽车快速推广,按照动力锂离子电池使用寿命为5~10年计算,将有大量新能源汽车动力锂离子电池陆续退役。然而,动力锂离子电池运行数据缺失、检测技术有限、相关标准缺乏等成为其梯次利用的拦路虎,制约行业规模化发展。


电池退役潮来了


根据公安部统计,截至2019年年底,我国新能源汽车保有量达381万辆,较2018年新增120万辆,增幅为46.05%。


根据《规划》,从2021年起,国家生态文明试验区、大气污染防治重点区域新增或更新公交、出租、物流配送等公共领域车辆,新能源汽车比例不低于80%;到2035年,纯电动汽车成为新销售车辆的主流,公共领域用车全面电动化。


电池是电动汽车的核心器件之一,但由于动力锂离子电池寿命普遍为5~8年,随着电动汽车保有量不断上升,退役电池也将不断新增。


随着动力锂离子电池的使用时间上升,剩余容量会越来越低。当剩余容量为初始容量的80%左右时,动力锂离子电池将无法满足电动汽车续航里程的要,便会退役。但其仍有使用价值,经过测试分选后,仍然可以梯次利用到对电池能量密度要求较低的行业,如基站备电、储能等领域。这不仅可减少资源的浪费和环境污染,还能出现一定的经济价值。


动力锂离子电池梯次利用已经成为行业共识。假如把2014年看成是我国电动汽车量上升的元年,“今年是第六年,已经进入第一波动力锂离子电池退役高峰期”。褚政宇介绍,2019年数据显示,约有12.4亿瓦时动力锂离子电池退役,其中3/4左右为磷酸铁锂离子电池。


这些年,动力锂离子电池梯次利用场景较为明确,基本是通信基站备用电源、电网储能、低速车等。


例如,我国铁塔公司用退役磷酸铁锂离子电池作为通信基站备用电源,成为动力锂离子电池梯次利用发展最快的应用场景之一。目前在全国大约有12万个基站使用退役电池,总容量大约为1.5亿瓦时,这些电池重要是替代原有的铅酸电池。


据专家估计,假如现有的通信基站全部更换,大约可以容纳200万辆电动汽车的退役电池。中华环保联合会日前公布的报告认为,2025年来自电动汽车上的梯次电池电量将达到32亿瓦时,可以覆盖全国5G通信基站的备用电源需求。


筛选和评估是难点


然而,尽管市场前景广阔,但目前动力锂离子电池梯次利用仍以试点示范工程居多,尚无法进行大规模的商业化应用。


2018年,南方电网科学研究院牵头承担了国家重点研发计划“梯次利用动力锂离子电池规模化工程应用关键技术”项目。“我们在执行项目阶段遇到的最大困难之一就是市面上获取的退役电池存在严重的不规范。”雷博坦承,即使国家在2016年以后对动力锂离子电池产品规格尺寸、编码等作了统一要求,“但整体可用性还不够高”。


除此之外,动力锂离子电池在车辆上的使用情况也千差万别,退役下来后,还面对着不同程度的安全风险,如电池一致性较差、充放电倍率受限、倍率过大容易导致热失控问题等。


在褚政宇看来,对退役动力锂离子电池进行检测和运维可以解决上述大部分问题。


“我们去了很多现场。现场对退役动力锂离子电池的检测时间要求非常高,只给四五个小时甚至30分钟到1个小时,要快速把电池相关信息摸清楚。这时该怎么做,如何测试,测什么数据?”褚政宇说。


例如,要快速评估电池当前的容量、内阻等参量,有无安全隐患,以及预测电池在梯次利用过程中的衰减趋势。


为此,褚政宇所在的清华大学团队总结出四点,分别是基础信息、健康状态、一致性状态和安全状态。“前三个是评估项,最后是否决项。但行业在安全状态评估方面做得还不到位,很多检测中心基本没有这一项,未来应用时风险还是比较大的。”


“筛选、评估仍然是当下动力锂离子电池梯次利用的难点。”我国能源研究会储能专业委员会副主任委员来小康坦言,行业要一个标准程序,来判断退役动力锂离子电池能不能用、怎么用、用到何处。


回收模式也至关重要


在雷博看来,要想做好动力锂离子电池梯次利用,要加快建设信息追溯管理平台,把现有电池生产、电网、电动汽车公司在建的平台连接起来,实现数据化的联动。


但另一个问题也无法回避,即知识产权。征求意见稿要求,梯次利用公司从事废旧动力蓄电池梯次利用活动时,应依据国家有关法规要求,与新能源汽车、动力蓄电池生产公司协调、解决知识产权有关问题。


事实上,这一规定本身是合理的,可以有效防止出现知识产权纠纷,但在执行层面却有很大难度。


专家表示,整车公司和动力锂离子电池生产公司一般不会向梯次利用公司供应相关信息,从知识产权的授权到核心技术的保密等诸多环节,都存在重重关卡。因此,“仅靠这一条款,很难让知识产权问题得到解决,至少还要明确相关技术产品的授权、保密等相关问题”。


除了提高检测技术水平及数据联动外,退役动力锂离子电池回收模式也至关重要。


我国绿色供应链联盟电池专委会副秘书长杨清雨介绍,在国外,无论是租金、押金模式,还是公司付费模式,核心原则是谁使用谁承担最后的回收责任。“在国内,国家利用各种政策鼓励大家使用新能源汽车,是为了减轻使用者的成本。但从回收角度说,这是矛盾的。”


以磷酸铁锂离子电池为例,其剩余寿命和衰减曲线,适合梯次利用。杨清雨表示,如何让公司愿意去回收并开展梯次利用,是政策上要考虑的。(来源:我国科学报/作者:秦志伟)


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