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【行业关注】锂电池梯次利用必要性及主要问题

发布时间:2023-01-03   来源:源宇洲电池回收技术平台   点击数:77171次

【行业关注】锂电池梯次利用必要性及主要问题

梯次利用必要性

在全球“碳中和、碳达峰”的目标之下,新能源汽车普及率不断提升。2021年,全球新能源汽车销量达650余万辆,同比增长108%。我国新能源汽车销量超过350万辆,同比增长1.6倍。预计到2025年,全球新能源汽车销量超过1800万辆,国内新能源车销量达1300余万辆。

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动力电池作为新能源汽车的关键部件之一,随着新能源汽车产业的高速发展,动力电池将进入大规模退役期,对动力电池开展回收利用已迫在眉睫。《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》提出,要完善动力电池回收、梯级利用和再生资源的循环利用体系;加强动力电池全生命周期监管;支持动力电池梯次产品在储能、备能、充换电等领域创新应用;加强余能检测、残值评估、重组利用、安全管理等技术研发。

全新动力电池一般用在新能源汽车上,电池充满电的时候是100%的容量,当电池使用一段时间后,电池容量会衰减,当电池容量衰减到80%的时候就不能使用在汽车上,此时动力电池会进行退役处理。退役或报废电池组中并非所有电池都处于报废状态,由于不一致性原因,通常只是个别单元的电池报废,组内的很多电池还处于良好的生命周期内,仍有较高的梯次利用价值,可以通过合适的梯次利用方案继续发挥余热。动力电池退役后,部分动力电池仍具有很好的电性能,其剩余容量可以满足储能、备电等应用场景的需求。

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一般情况下,动力电池包由若干个模块或单体组成,即使电池包由于内部个别模块或单体损坏而不能继续使用,电池包内的其他模块与单体仍具有很大的二次使用空间。在废旧车用动力电池回收利用的过程中,若直接将废旧动力电池进行材料再生利用,将造成极大的资源浪费。

梯次利用可以实现动力电池全生命周期的价值最大化,可以降低动力电池服役周期的碳排放,可以在细分领域缓解对上游原材料厂商供应需求的紧张关系。因此,从资源利用最大化原则出发,动力电池的梯次利用很有必要。

退役动力电池梯次利用一直存在几个技术瓶颈:

(1)退役电池的健康状况难以评测,特别是热失控风险防控难度大;

(2)退役电池容量一致性难以调控,特别是容量衰减非线性;(3)退役电池容量标定效率低下,快速容量检测技术难度大。

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梯次利用过程中的主要问题

1、寿命是个谜

虽然在动力和储能市场,都会用电池(组)全生命周期内能提供的总能量来描述电池的寿命,却有着不同的意义。动力电池中,这个容量意味着电动汽车的总行驶里程,但是在储能市场,则意味着电池的使用时间,是10年?15年?还是20年?可以看出储能电池与动力电池最大的区别是要求长时间的运行,为了延长电池寿命,储能电池组往往始终保证在20%-90%的工作区内运行的,国外很多储能项目的案例就是这么做的。即使如此,也不能保证每一块储能电池都能达到设计要求。二次利用的动力电池在服役期间,根本无法保证在20%-90%放电区间能运行,而且根据实际路况不同,可能会频繁出现大倍率放电的场景,再加上现在时兴的快速充电技术,每一项都可能对动力电池造成不可预知的伤害,虽然电池在测试性能(如电压和阻抗)和容量上可以达到储能电池的要求,但是二次服役的实际寿命到底能达到多少年,可能没有人能够知道。

2、成本仍然是敏感问题

如果让储能市场选择退役的动力电池,就需要这些电池拥有足够的价格优势。相应的,如果想通过二次利用进一步降低锂电池的使用成本,那么定价中既要包括电池的回收拆解分选的成本,也要包括对对电池初次使用中成本的摊销。电池在回收、检测、仓储、运输、二次成组等等,每一个环节都是成本项,这些项目的实际成本,可能与经济模型预测的成本有非常大的差别。在没有补贴机制保证的前提下,梯次利用的电池成本是否真的能被储能市场所接受,还有待验证。

3、技术问题还很多

在废旧电池回收处理中,首先要将电池进行失效和拆解。所谓失效,就是让电池丧失所有电量,保证拆解过程的安全。对小型电池而言,失效可能就是将正负极短接,将余电放净。工业化生产中,则使用液氮通过冷冻的方式让电池失效。梯次利用的要求正好相反,要求电池拆解下来是完好的。退役的动力电池生产厂商繁多,型号纷杂,即使相同厂家、相同型号的电芯,如果来自不同成型,其成组方式和结构也可能有较大的区别。因此,其中相当一部分工作,可能需要借助手工来完成,工人的技能水平可能会影响着电池回收过程中的成品率。同时,这种拆解过程中也存在安全隐患。

(来源:源宇洲电池回收技术平台)

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