新能源汽车动力电池梯次利用技术的发展现状及面临的难题

我国正处于电池梯次利用的起步阶段，技术难点还有重组技术、寿命预测和离散整合技术等。寿命预测是整个梯次利用产品技术的关键点，如果不掌握产品的使用寿命，试问如何为客户提供质量保证呢？所以从电池企业的角度出发，攻克寿命预测技术是梯次利用项目的重中之重。

从技术角度来看，梯次利用技术的核心要求是保证目标产品的品质和安全。具体而言，一是来料的品质安全控制，二是目标产品的生产过程控制，还有目标产品的控制和设计。

如何控制退役电池的品质和安全？我认为，首先要建立大数据追溯系统平台。该平台包括三套系统，分别是电芯研发生产数据系统、电池包研发生产数据系统、电池包车载运行监控数据系统。三套系统对退役电池进行系统分析，以此获得能否进入梯次利用市场的大数据，数据包括设计信息、性能数据安全、来料检测等。

电芯研发生产数据系统包括初步检测数据和深层过程控制数据。在初步检测数据方面，每一个电芯都有唯一代码，通过代码可以找到初始的设计信息和生产信息。模组信息包括所有的梯次列表，从这里能够查出电芯在装配过程中具备哪些参数。

与此同时，电池包车载运行监控数据系统也至关重要，监控电池包在实际使用过程中的数据及运行状态。这些数据，除了帮助电池企业做好监控预警之外，对企业能否开展梯次利用业务非常有意义。

除了建立三套系统之外，对于梯次利用技术来讲，还有检测技术要求。宁德时代针对退役电池包进行健康指数评价，包括电芯评估、电池包电性能检测、电池包的可靠性检测、电池包/模组外观检测。

通常情况下，电芯的性能评估分为寿命评估、安全性评估和可靠性评估，包括电池包的可靠性、电池包连接件可靠性以及管理系统硬件的可靠性等。电池包电性能检测能够排除安全隐患。此外，直流内阻的变化、电压差的变化以及电池包外形的变化等，都在健康指数的评估内容中。其中，从电池包的外形来看，在车载过程中难免会发生意外，比如车祸、内涝，都会引起一系列外部构件的变化，因此电池包外形变化也需要评估。

对于新的检测技术来说，主要是排除安全隐患。从电池角度来看，电池处于什么状态最危险，如何在不需要打开电池的情况下检测是否产生锂枝晶的沉积？宁德时代开发了一项检测技术，通过对电池的负反应来判定它是否产生了锂枝晶的沉积。如果电池包退役后，企业无法判断电池是否经历了恶劣环境，或者在某充电情况下已经超出可承受的范围，这时就有可能把安全隐患留给下一阶段。所以，这项检测技术首先要确保安全隐患不会遗留到下一阶段。

值得注意的是，包括塑胶件、正负极保护盖、模组机械连接件、线束隔离板、绝缘膜等都需要评估。这些零部件如果不进行评估，那么它们经历了环境冲击、车载振动等情况，则将带来不可预测的结果。所以，在筛选梯次利用产品时，企业需要格外谨慎。

当前，磷酸铁锂电池在市场上的应用量较大，并且率先退役的电池也是磷酸铁锂电池。宁德时代已经分别在25℃、45℃、60℃的温度下进行实验，测试电池的使用寿命。

经过实验测试，在常温下，电池使用至80%，利用频次为2800~3000次左右，最大限度可达到5000~6000次；温度在45℃的情况下，一般来说，电池处于45℃时，达到循环利用要求的条件为1500次；60℃的高温情况下，也可以再次使用达到1000次。

按照这三类工况，目前电池从车载上退役后可使用至少五年以上。从这一点来看，宁德时代的电池在一致性和使用寿命方面拥有竞争优势。

我国正处于电池梯次利用的起步阶段，技术难点还有重组技术、寿命预测和离散整合技术等。寿命预测是整个梯次利用产品技术的关键点，如果不掌握产品的使用寿命，试问如何为客户提供质量保证呢？所以从电池企业的角度出发，攻克寿命预测技术是梯次利用项目的重中之重。

当然，寿命预测技术之所以难，是由于很多关键技术集中体现，如衰减机理、检测、消耗量等。

还有一个难点，在不同的情况、不同的地区环境和工况下，电池的消耗速率并不一样，同一时间退役的一批电池，将出现不同的衰减速率，而将分布不均匀的电池重新应用于一个产品中，对于整个行业来讲，这是一个难点。离散整合技术的关键点就是在管理系统里如何让系统更有效地应用剩余的能量，目前业内都在集中力量攻克这个难点，重点解决不同的离散程度的电池包如何在一个系统里高效运行。

就目前而言，科研机构首先解决技术关，企业要考虑实际应用，所以建议产学研结合。这样才能把高校的研究成果转换成实际的应用技术。从离散整合技术的本质来说，关键在退役后的电芯直流内阻的变化，因此如何控制直流内阻的变化，能够有效降低离散整合的成本。

从企业整体而言，目前正在尝试一些示范项目。在电池材料回收方面，宁德时代与具备材料回收资质的企业合作。从操作流程来讲，主要包括电池包分类、拆解及材料回收三步骤。

目前，针对材料回收的拆解环境、运输条件，企业都在制定标准，今年可推出材料回收和包装运输的标准，计划在2017年推行一系列梯次利用标准。

具体而言，电池拆解是通过破碎变成电极粉，再将相关金属进行回收；材料回收主要是通过电极粉、经过酸碱、萃取，然后变成三元材料，最终呈现的产物是硫酸镍、硫酸锰、硫酸钴等。对此，确保回收过程也是环保回收是衡量梯次利用的一个重要标准，因此过程监控显得非常重要。

基于此，国家对场地、拆解环境、拆解设备、拆解人员做出相应的要求，企业在制定标准时也涉及到设备、人员资质、拆解环境、油水分离等问题。总而言之，材料回收在保证环保的同时，要达到较高的回收率。

最后，电池材料回收是通过“物理+化学”的方法，整车企业无须过多考虑后端处理的问题。

笔者认为，整车企业暂存电池并不是长久的解决方法，梯次利用技术成熟以后，包括电池失效后失去使用新性能和价值，部分企业已经探索出相应的、可盈利的商业模式。目前，宁德时代已与邦普集团联合形成了完整的绿色制造产业的循环经济。