动力电池梯次利用场景及存在的问题分析

动力电池的生命周期一般包括生产、使用、报废、分解以及再利用。车用动力电池的电池容量降低为80%后，其充放电性能将不能满足汽车行驶的要求，需要报废，此类动力电池除了化学活性下降外，电池内部的化学成分井没有发生改变，其中仍有20%容量可用于电量需求较小的领域，即电池容量低于60%才不再具有使用价值，因此电动汽车使用的电池容量仅占动力电池全生命周期可用容量的50%，若从电动汽车上拆卸下来的电池直接拆解回收，将造成50%的能量浪费，因此可以将这类电池重组后，梯次应用于比汽车电能要求更低的场合，实现电池容量的充分利用。

一、动力电池回收再利用概述

近几年，随着动力电池回收政策的相继完善以及回收技术的成熟，国内外电池梯次利用市场也逐步建立。梯次利用企业回收退役的动力电池，然后在自动拆解线上将电池包拆解下来，得到电池模块，再对电池模块进行分拣，将可用容量大且利用价值高的模块进行重组，再加入电池管理系统（BMS）、电池外壳等，得到新的电池包。

下图为退役动力电池详细的梯次利用流程，动力电池梯次利用企业从电池厂、主机厂、4S店以及消费者手中回收退役的动力电池，将回收到的废旧电池运输到电池自动拆解线上，把拆解下来的电池包等材料销告给金属提炼企业或材料回收企业实现材料的回收，再将拆解得到的电池模块通过检测分级，把电池模块按照容量分类，然后将一致性好且具有相同容量的电池模块重组，再加入电池管理系统及电池包等得到梯次利用电池，最终通过检测认证将合格的电池根据需求销售给终端客户，应用于通信基站储能、低速电动车等领域。

二、通信储能领域再利用分析

梯次利用动力电池储能是一个系统的过程，它涉及电池提供单位、新能源发电厂、建设储能电站以及通过电网向电力用户输送用电等过程

图表2梯次利用电池储能的基本流程图

资料来源：一览众咨询

随着我国通讯技术的快速发展，通讯基站对电池的需求量也逐年上升，而通讯基站对电池寿命和安全性又有较高要求。考虑到铅酸电池成本低，目前我国通讯基站多采用铅酸电池作为备用电源，而锂离子电池在循环寿命、能量密度、高温性能等方面具有比铅酸电池更大的优势，此外退役动力电池在成本上又大幅度下降，特别是磷酸铁锂电池退役后仍在各方面表现出很强优势，因此将退役磷酸铁锂电池应用在通信基站领域，将具有很大优势。

目前铅酸电池的循环寿命约为400-600次，能量密度约40-45Wh/kg，市场价格约为10000元/吨。磷酸铁锂电池的循环寿命可达4000-5000次，成组之后循环寿命虽有一定下降，但也可以达到1000-2000次，即使在汽车上退役下来的动力电池，容量低于80%，但再重组之后的循环次数也在400-1000次，此外，随着技术的成熟，电池循环次数也将不断提升。

（详细数据分析见一览众咨询出版的《2018-2023年新能源汽车动力电池回收再利用市场调研报告》）

就我国铁塔基站而言，单座基站约需要备用电池容量30kWh，按照车用动力电池容量低于80%退役及低于60%报废来算，需要约60kWh的退役动力电池，相当于一辆纯电动乘用车的动力电池容量。为保证重组电池的一致性，可将同一辆纯电动汽车退役下来的动力电池模组进行单个或多个重组，重组后的电池模块即可满足铁塔基站的供电需求。若检测到一个模组出现问题，可对此模组进行单独替换即可解决电池模块一致性的问题题，有效地避免了退役动力电池一致性差的问题。

自2018年停止采购铅酸电池的中国铁塔，已是推广锂电池梯次利用的“领头羊”。最新数据显示，截至目前，中国铁塔已在31个省市约12万座基站开展梯次利用电池备电应用，并在备电、储能及对外发电应用场景加强业务拓展。此外，国家电网也在尝试建设1MWh梯次利用磷酸铁锂电池储能系统示范工程，用于接纳可再生能源发电和调频等。而深圳比亚迪、国轩高科等企业也开发了适用于备电、风光电储能的梯次利用电池产品，部分企业甚至开始探索“以租代售”的新商(参数|图片)业模式。

三、低速车领域再利用分析

近年来，我国低速车领域也发展迅速，保有量超过500万辆。三轮车保有量达到6000万辆。面对前景广阔的低速车市场，若将电动汽车上退役下来的动力电池用于低速车领域，将获得较快发展。（详细数据分析见一览众咨询出版的《2018-2023年新能源汽车动力电池回收再利用市场调研报告》）

四、动力电池梯次利用存在的问题

在理想的情况下，可能会出现电动汽车退役电池仍有很高的容量，电压内阻等电性能指标也都满足储能领域的应用，如果退役电池可以不经过任何加工改造，直接应用在储能领域是最节能经济的利用方法。但这种情况下还会遇到以下问题：一是电动汽车与储能领域中应用的锂离子电池系统遵循的技术标准不同；二是储能领域对电池的温度性能要求更高，如果要实现梯次利用首先要判定退役电池能否满足温度要求。实际情况中，电动车上退役的电池组中，会有小部分电芯单体不满足电性能要求，那么如何拆卸电池组、筛选和评价电芯性能、预测电池寿命将是整个梯次利用过程中最重要也是最复杂的技术问题。

1、动力电池与储能电池遵循的技术标准不同

电动汽车与储能领域中应用的锂离子电池系统各自遵循相关的技术、接口、通信等标准，对比两种不同应用的标准、接口与通讯协议可看出两者仍存在一定的差异，其给退役锂离子动力电池的梯次利用带来了障碍，最有利的方法是相关机构可以沟通电动车用领域与储能应用领域各个方面的利益诉求，实现车用电池模块与储能领域模块的通用性设计，最大程度地减少电池模块在不同寿命周期的转变过程中所遇到的技术障碍。

2、储能领域对电池的温度性能要求高

在电动车用途中的动态应用条件下，对电池系统结构强度、抗震性能、防水性能等的要求较储能用途中的静态使用更加严苛，在这个方面上电动车用动力电池进入储能领域不存在技术问题。

但是储能用电池对温度性能的要求更高，因为储能领域的电池常常应用在温度变化幅度大的环境中，而温度是影响电池性能的一个非常重要的因素。这样的应用环境就要求退役动力电池在储能领域梯次利用时，有非常宽的工作温度范围，并且能保证温度在短时间变化时电池的性能受到的影响程度在可控范围内。

因此，要实现退役动力电池储能领域的梯次利用，如何评价电芯在不同温度下的电性能、分析电池容量衰减机理，并建立寿命预测模型来评估电池寿命至关重要。

3、基于容量衰减机理分析建立电池寿命预测模型

无论电池应用在哪一领域，都需要在规定的质保期内可以满足工作要求。退役电池如要实现在储能领域的应用，首先要判定退役电池是否满足储能领域对电池的要求。此外，分析不同温度下的容量衰减机理，合理的预测电池寿命，才能明确电池是否可以在质保期内满足工作要求。分析不同温度下的容量衰减机理，建立合理的电池寿命预测模型是亟待解决的技术难题。目标是针对典型的退役动力电池进行测试，并在分析测试数据的基础上，研究讨论容量衰减机制，建立一些基础的预测电池寿命模型。目前国内有一些企业和研究所一直非常注重这一方面的研究，现已有了一定的技术积累，已建立了锂电池的容量衰减模型。

4、梯次利用逆向物流系统较为复杂

将电动车退役电池回收后进行梯次利用的过程是废旧品处理的过程，属于逆向物流的范畴。如要使废旧电池能够得到合理的再利用，完善相关立法，建立废旧电池逆向物流系统是必要的。在退役动力电池的梯次利用和回收这一逆向物流过程中，即使国家相关部门颁布了《废旧电池污染防治技术政策》规定，实际操作中总难以落实。这也从侧面说明了逆向物流的复杂性。

逆向物流不同于常见的正向物流，这一过程的实现需要从客户手中回收用过的、过时的或者损坏的产品开始，对退回的电池进行回收、分类、检验、拆卸、再生产及报废处理等活动，经过处理和修整达到完好后可重新融入正向物流。另外，废旧电池梯次利用的逆向物流回收模式不只一种，对应有不同的经济模型，选择不同的模式对应成本也会不同。可根据选择的经济模型建立数学模型，进而分析不同回收模式的成本。

由于客户的种类不同，回收的方式、地点等都会存在较大差异，所以企业若要开展动力锂电池的梯次利用，还需要根据不同的客户情况制定不同的回收方案。只有综合考虑各方面因素，建立完善的动力电池回收体系，才能打通锂电池梯次利用的又一个制约瓶颈，实现废旧电池的再次利用。