报废的电动汽车动力锂电池 能不能继续给光伏做储能？

玩具车里的电池没电了之后，先别着急扔，放到遥控器、挂钟里，还能再用很长一段时间。电动汽车里的动力锂电池也存在类似的情况：由于续航里程的要求，当车载动力锂电池的容量下降到只有原先容量的80%的时候，就不得不报废了。但用在电车上虽然不行，能不能在其他要求相对低一点的领域继续发挥余热呢？

这便是电动汽车动力锂电池梯次利用的概念。麻省理工大学的一个研究团队近期在《应用能源》（AppliedEnergy）杂志上刊文，分析了将已经退役的电动汽车动力锂电池，用于为太阳能光伏电站供应储能服务的经济可行性。他们得出的结论是，尽管业界对这样做的成本问题忧心忡忡，但假如二手电池的价格可以低于新电池的60%，再辅以适当的运行控制策略，报废动力锂电池用作新能源储能也可以是划算的。

该论文的第一作者、麻省理工大学博士后IanMathews认为，动力锂电池梯次利用为光伏电站供应储能这件事，真的可行。

近年来，电动汽车技术日臻成熟，再加上各国在不同层面上的政策扶持，全球电动汽车销量屡创新高。不过，与常规燃油车不同的是，汽车虽然可以开很久，电动汽车上的电池却不行。随着电池充放电循环次数的新增，其可以储存的最大电量电池的容量会逐步衰减、下降。当容量下降到原始容量的80%以下时，就将无法满足续航里程的要求，必须更换新的电池。

换下来的报废电池，其命运往往就是回收站了。在那里，电池里的贵金属、电极等材料将被回收，而其他的部分，在无害化处理之后，就将尘归尘，土归土了。有机构预计，2020年我国动力锂电池报废装机量将达到约25GWh。这么多的其实还能用的电池就这么报废了，实在是太可惜了。

因此，随着两三年前我国第一批动力锂电池的退役，动力锂电池梯次利用的概念便走进了人们的视野。虽然无法继续用在汽车上了，但还有80%的容量，依然老当益壮，可以志在千里。

城市里闪转腾挪的电动自行车，乡村道路上随处可见的低速电动汽车，建设在偏远山区的通信基站，为光伏、风电等不稳定的新能源供应平衡发电输出的储能电站，理论上都可以是报废动力锂电池的理想去处。

在这些应用场景里，依然拥有80%容量的锂离子电池，还可以安全地继续使用到容量衰减到60%甚至更低的程度。据估计，到2025年，我国动力锂电池梯次利用的市场将有望达到近300亿元的规模。各路英豪纷纷摩拳擦掌，打算在这片蓝海里闯出一番天地。

然而，尽管看上去梯次利用的优势显而易见，但现实总是比梦想骨感一些。

理论上还有80%电量的电池，实际操作起来却不一定是那么回事。

所谓的容量下降到原始容量的80%，并不等于所有的电池都下降到了80%。电动汽车使用的电池，是由一节一节的单体电池也就是所谓的电芯所组成的。许多电芯经过串联、并联组成电池模块，许多电池模块再加上管理系统、冷却系统、控制系统，才能最终组成了装在汽车上的电池包。

尽管按照同样的方法生产组装，但每一个电芯的性能是略有差异的。组装到电池模块里之后，其使用情况也不尽相同。到了报废的时候，电池模块的容量下降到了80%，但具体到每一个电芯上，剩余的电量却有高有低。

假如一节单体电池的容量已经非常低了，超期服役会发生电池容量的突然衰减，俗称跳水。跳水可能会导致电池膨胀、起火等安全事故的发生，威胁到电池模块、甚至整个用电系统的安全运行。就算没有跳水，电池的寿命也大限将至，无法按照设计发挥应有的用途。

因此，要想对动力锂电池进行有效的梯次利用，就必须把每一个电芯都从严密包裹着的电池包、电池模块里拆出来，对其容量、电阻等性能进行充分测量，根据这些参数分析出每一个电芯的实际性能，再将性能相近的电池重新组成新的电池模块。这个过程几乎相当于把电池模块重新设计和生产了一次。

而且，这个重新生产的过程还很难实现规模化。且不说不同批次、厂家的电池规格、材料不尽相同，这些电芯甚至连形状都有可能不相同电芯可以是普通干电池那样的圆柱形，也可以是方的、扁的这样一来，尽管二手电池的电芯成本比全新电池要低，但对不同批次、甚至不同厂家生产的电池包进行彻底的拆解，对每一个电芯进行检测，再分类、筛选，组装成全新的电池模块，工作量巨大，成本也很高。

此外，动力锂电池和储能电池的设计要求本身就不相同。动力锂电池要求更高的能量密度，毕竟一辆车可以携带的电池重量有限，必须尽可能地提高可以储存的电量；但储能电池、备用电源电池对空间的要求就没那么高了，更多的是要有更长的寿命。太阳能光伏电池的寿命动辄二三十年，与之配套的储能电池假如要频繁更换，会严重新增储能电站的成本。

而且，由于本来就是二手电池，其寿命天然就比新电池要短。最后算下来，二手电池到底划不划算，一直是一个问号。

目前，业界普遍认为，报废动力锂电池用在低速电动汽车、通信基站上，还是可以接受的。

但大家最期待的，是将二手动力锂电池用于新能源储能。储能技术被认为是能源转型的瓶颈、应对气候变化的关键，大多数电池专家都认为，全新的锂离子电池并不能满足要求，要研发新的化学储能原理来让电池拥有更低的成本和更高的寿命。至于二手动力锂电池能不能在保证使用寿命的前提下有效降低成本，则一直众说纷纭，没有确切的答案。

麻省理工大学的这篇论文，就针对这个问题给出了自己的解读。

为了评估使用电池进行储能的经济效益，研究人员假设了一座位于美国加利福尼亚州的2.5MW的光伏电站。并按照加州的政策法规、商品的服务和价格，比较了三种情况下的成本和收益。这三种情况分别是：1）不安装电池，2）安装全新电池，3）安装只剩80%容量的二手动力锂电池。

为了估计电池的容量随着时间推移的衰减程度，他们使用了一个基于实际数据的半相关经验模型。这个模型考虑了电池内部固体-电解质之间界面的非线性上升、随着使用年限带来的容量衰减，以及随着循环寿命的新增带来的容量衰减，以及电池的使用温度。之前的研究发现，这个模型可以非常准确地估计各种锂离子电池的容量衰减程度。

经过计算，研究人员发现，假如不严格控制二手电池的使用方式，其容量衰减将会很快，经济性也会很差。

但若是严格控制二手电池的充放电深度，高不超过65%，低不低于15%，那么电池容量的衰减将会变得很慢。假设电池容量衰减到60%就要彻底报废，那么二手动力锂电池作为光伏储能的使用寿命会长达16.1年。这个年限只比拥有100%初始容量的全新电池短一年多。

在这种情况下，只要二手电池的成本低于新电池的80%，其所能带来的收益就将高于新电池。不过，这并不意味着二手电池用作光伏储能就是划算的。若是要保证顺利收回建设光伏电站和储能设施的投资，要让二手电池的成本低于新电池的60%。

换句话说，假如想要通过动力锂电池梯次利用的方式，实现锂离子电池应用于大规模光伏储能的设想，二手电池的成本必须比新电池低四成，具体使用过程中还要严格控制其充放电深度。

假如要做到这一点，从政府到公司都得再下功夫。其中最重要的，是电池的生产和检测必须标准化，确保不同厂家、不同批次的电池可以用同样的方式大规模拆解、检测、重组。麦肯锡的一则报告估计，到2030年，动力锂电池梯次利用的规模将可以满足一半的新能源储能消纳的需求。但前提是，那时的电池必须用以终为始的态度，降低二手电池的加工成本，最大化地利用每一节电池的价值。

麻省理工大学博士后IanMathews表示，电动汽车的生产商、电池生产商、光伏电站等各利益相关方都应该坐下来好好讨论一下，因为动力锂电池梯次利用为光伏电站供应储能这件事，真的可行。

参考：

MathewsI,XuB,HeW,BarretoV,BuonassisiT,PetersIM.Technoeconomicmodelofsecond-lifebatteriesforutility-scalesolarconsideringcalendarandcycleaging.ApplEnergy2020;269:115127.doi:10.1016/j.apenergy.2020.115127.

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