动力电池梯级利用回收模式与应用研究

许弈飞，曹新雅

（华北电力大学，北京 102206）

近年来，新能源汽车行业在全球蓬勃发展。由于动力汽车具有良好的启动制动性能以及较为环保的特性，目前，在我国大部分城市的公共交通系统中，电动公交车逐渐成为主流。国家也大力支持新能源汽车行业发展，于2018年开始免征车辆购置税，要求党政机关带头使用新能源汽车，并且投入新的车牌以鼓励消费者选择新能源汽车。

随着新能源汽车产业的不断发展，其本身固有的一些问题也日益凸显。其中，较为严重的一个问题则是动力电池的利用问题。受化学性质的影响，动力电池的容量会随使用时间衰减。在容量剩余80%以上时可以作为电动汽车电池使用，但是当低于此限度则不能维持正常汽车续航，需要报废。即使只剩下80%的容量，其也具有较高的利用价值，可以应用于其他储能领域，直至容量降低至30%左右彻底无法利用再进行化学拆解。锂离子电池中含有钴、镍、锰、锂等稀贵金属，如果不处理，不仅会造成环境污染，也是一种资源浪费。依据数据显示，我国在2020年前后即将迎来第一个动力电池报废高峰期。如何经济、有效地处理这部分报废电池容量，成为亟待解决的问题。

目前，国内外的动力电池回收利用体系主要为化学拆解利用，技术相对成熟，但是存在利用率低下以及污染浪费严重等问题。因此，人们提出了动力电池梯级利用的概念，即将电动汽车上报废下的仍具有较好性能的动力电池做成储能装置应用于电力系统。然而，目前梯级利用尚未有具体的实施方案。结合国家近期出台的相关政策与储能领域最新发展，本文设计并提出了一种可行的动力电池梯级利用的回收方式及其相关应用，为相关企业的发展提供参考建议。

1 回收模式

目前，国外一些企业已经开始探索动力电池回收模式，例如日产汽车和住友集团合作成立了4R Energy公司进行回收以及梯次利用在住宅供电方面。可以看出，这类回收模式主要是以汽车生产企业以及动力电池生产企业为主导的，依靠生产厂家特有的物流优势进行回收。国内近期出台了一系列相关政策大力推进动力电池梯次利用，特别提出要求生产厂家承担起回收的责任。目前，我国成体系的动力电池回收利用厂商不多，且受到了企业资质的限制。国内目前拥有成熟回收体系的厂家中格林美颇具代表性，其与汽车生产企业、动力电池生产企业、梯级利用企业以及报废汽车回收拆解企业等共建回收网点，采用线上、线下相结合的方式构建废旧动力电池回收网络。基于RFID技术，其实现了对物联网内的回收资源的实时监控以及全程溯源，通过对回收汽车安装GPS实现线上监控，提高了回收效率。

格林美的回收方式可以概括为“互联网+分类回收”，利用手机APP以及微信网站等网络客户端开展电子商务模式实现O2O回收模式。以上是对动力电池回收企业实例的分析，总结起来，大概可以分为以下3种模式：汽车厂商建立逆向物流回收，企业自营；生产商联合组织形成企业联营模式；第三方企业进行回收，即企业的外包模式。

1.1 汽车厂商自营制

由汽车厂商负责回收可以利用既有的正向物流体系，并且保证了关于动力电池的一些保密技术不外露。同时，由厂商直接交付梯级利用企业可以给予厂商回收利用难度反馈，敦促厂商合理设计产品，也督促了生产者对动力电池的寿命、质量等的监督，以便进行售后维护。

1.2 生产者责任制

生产者责任制是欧盟目前防治小电池污染的主要制度。由动力电池生产者联合可以使联盟共同承担风险。然而，生产商从消费者手中回收电池难度较大，同时，回收渠道中4S店和整车企业有偿回收，会提高回收成本。

1.3 第三方回收制

由具有资质的第三方回收企业回收可以保证不同型号的电池得到回收，同时鼓励消费者参与到物流体系中。专门的回收企业也可以保证操作的专业性与规范性。然而，受到的成本制约较大，需要较为成熟、合理的回收方案以降低回收成本，并设立足够的物流中心保证回收范围的覆盖。

此外，回收体系如果要成为闭环，下游产业也不可或缺。因此，对于回收利用后再报废的动力电池，仍可由原有化学拆解的产业承接。化学拆解主要利用正极材料等，对于动力电池可用容量等要求并不高，因此，动力电池充分梯次利用之后，再由化学拆解行业回收可使效益最大化。

2 相关应用

动力电池作为典型的储能装置，对动力电池回收后的应用在中小规模应急储能方面有着良好的应用前景，也在大规模电网储能领域大有可为。

对于小规模储能应用，从电动大巴以及高性能电动汽车上退役的动力电池可以利用在景区的观光车以及居民的电动自行车上。同时，一些典型的小型储能应用场景，比如紧急电源也可用退役动力电池替代。退役电池也可在一些传统蓄电池领域应用，比如分布式发电中与新能源风光电源配合实现小规模储能。考虑到西部部分欠发达地区存在用电难、风光资源丰富、对分布式能源有较高需求的情况，退役动力电池相比普通的新蓄电池具有明显的价格与性能优势，在循环寿命、能量密度、高温性能等方面优于铅酸电池，可以适当减轻分布式能源初期建设成本过高的问题。

中国铁塔股份有限公司将梯次利用后的动力电池应用在了自身的基站产品之上，利用峰谷电价差，结合动力电池储能装置性能好、成本低等优势，降低了自身基站运营成本。依据国家能源发展“十三五”规划，我国正在推进企业园区多能互补环保工程。一些新型的企业园区采用风、光和地热等多种能源混合利用，而退役动力电池本身带有废物利用的环保性质，应用于这类企业园区的中小规模储能可以增强园区能源多样化并且切合环保主题。以上为动力电池梯级利用在中小型储能方面的一些典型应用，此外，考虑到我国储能电站产业正在快速发展，而储能电站所用电池与动力电池基本一致，大部分均为锂电池，因此，回收后的动力电池也可制成较大规模的储能装置，消纳弃风弃光以及提供电力系统辅助服务，对实现大规模可再生能源的接入具有重要意义。来自高工产研锂电研究所的调研显示，2017年锂电储能市场产量约3.5 GW·h，同比增长13%；产值55亿元，同比增长7%.同时，现有锂电储能市场受成本影响发展已近瓶颈，而退役动力电池在此储能利用可推进其持续发展。

随着目前电力市场改革的推进，电力辅助服务市场也日渐得到重视，较为典型的辅助服务有调配、备用、无功调节和黑启动等。相比传统的火电机组，储能装置容量较小，难以长期供电力系统使用，但储能装置的出力爬升快，可以较快启动，因此，是提供短期电力辅助服务的优秀选择。此外，依据电力市场分时的电价变化，等待电力市场进入实时市场阶段并深化改革之后，家庭级用户可以依靠储能装置盈利。

3 结束语

我国混合动力汽车市场发展迅速，电动汽车在国家相关政策大力支持之下正在迅速占领市场，逐渐成为目前主流。然而，作为一个新兴的产业势必需要相应的配套产业链，而我国尚未形成成熟、闭环的动力汽车体系，大量即将退役的动力电池难以得到高效处理，浪费严重。因此，本文从动力电池回收以及梯次利用的层面对回收体系以及利用模式进行了研究，提出了相关企业可以采用的三类回收模式以及退役电池可以应用的中小型储能模式和大规模电网储能产品，对梯次利用企业进行了展望并提出了相关要求。

参考文献：

［1］高桂兰，贺欣，李亚光.废旧车用动力锂离子电池的回收利用现状［J］.环境工程，2017，10（35）：135-139.

［2］韩路，贺狄龙，刘爱菊，等.动力电池梯次利用研究进展［J］.电源技术，2014，38（03）：548-550.