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大批電動(dòng)汽車動(dòng)力電池面臨“退役” 廢舊動(dòng)力電池去哪兒了?
2013年11月26日,財(cái)政部、科技部、工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委,四部委組織專家對(duì)各地申報(bào)的新能源汽車推廣應(yīng)用方案進(jìn)行了審核評(píng)估,確認(rèn)28個(gè)城市或區(qū)域?yàn)榈谝慌履茉雌囃茝V應(yīng)用城市。按照動(dòng)力電池容量衰減的周期來(lái)算,2020年開始,第一批新能源汽車推廣應(yīng)用的城市或區(qū)域?qū)?huì)有大批電動(dòng)汽車動(dòng)力電池“退役”,動(dòng)力電池回收發(fā)展將遇窗口期。
一、廢棄動(dòng)力電池的潛在危險(xiǎn)
動(dòng)力蓄電池大量退役后,未經(jīng)妥善的處置和進(jìn)行價(jià)值最大化利用,將威脅公共安全,造成難以逆轉(zhuǎn)的環(huán)境污染,并浪費(fèi)寶貴的有價(jià)金屬資源。
從安全層面來(lái)看,廢舊動(dòng)力蓄電池處置不當(dāng)存在一定安全隱患。一是觸電隱患。新能源汽車的動(dòng)力蓄電池額定電壓較高,人員在缺乏防護(hù)措施情況下接觸易造成觸電事故。二是燃爆隱患。電池在出現(xiàn)內(nèi)部或外部短路情況下,正負(fù)極會(huì)產(chǎn)生大電流導(dǎo)致高熱,引起正負(fù)極燃燒。三是腐蝕隱患。電解液為有機(jī)易揮發(fā)性液體,與空氣中水分反應(yīng)產(chǎn)生白色有腐蝕性和刺激性的氟化氫煙霧。
從環(huán)境層面來(lái)看,廢舊動(dòng)力蓄電池對(duì)生態(tài)環(huán)境和人身健康均有威脅。一是重金屬污染。電池正極材料中含鎳、鈷等重金屬,不經(jīng)專業(yè)回收處理會(huì)造成重金屬污染。二是電解液污染。電解液溶質(zhì)LiPF6屬有毒物質(zhì)且易潮解,會(huì)造成氟污染,溶劑會(huì)造成水污染。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
從資源層面來(lái)看,鎳氫、鋰離子動(dòng)力蓄電池因正極材料不同,分別含有鋰、鎳、鈷、錳及稀土等金屬,動(dòng)力蓄電池產(chǎn)業(yè)對(duì)于鋰、鎳、鈷等資源需求旺盛。隨著動(dòng)力蓄電池累計(jì)配套量的不斷增加,電池中這些資源如未有效回收利用,將直接造成資源的極大浪費(fèi)。
二、廢舊動(dòng)力電池可以應(yīng)用在哪些地方?
目前廢舊動(dòng)力電池回收利用主要有兩條路:
第一條路是原料回收。從技術(shù)角度來(lái)講,目前廢舊動(dòng)力電池的回收再生利用技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟:首先徹底放電,然后對(duì)電池進(jìn)行拆解,分離出正極、負(fù)極、電解液和隔膜等各組成部分。再對(duì)電極材料進(jìn)行堿浸出、酸浸出、除雜后進(jìn)行萃取以實(shí)現(xiàn)有價(jià)金屬的富集,其元素回收率接近100%。
第二條路是廢舊電池梯次利用。廢舊電池容量衰減,但依舊有一定儲(chǔ)能能力,生命周期尚未結(jié)束,還可以把它應(yīng)用在儲(chǔ)能市場(chǎng)、輕型電動(dòng)車、備用電池等方面。目前國(guó)外很多車企和機(jī)構(gòu)在探索,比如將它們用作家庭或商用建筑的備用電源。即在白天利用太陽(yáng)能充電,晚上利用波谷電價(jià)充電,將電力儲(chǔ)存在電池中供白天或應(yīng)急使用。通用汽車曾有這樣的做法,以5組雪佛蘭Volt的廢舊電池制造一個(gè)家庭備用電源,充滿電后可以供3-5個(gè)美國(guó)普通家庭在斷電后連續(xù)使用2小時(shí)。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
之前特斯拉也進(jìn)行過(guò)將廢舊電池重新利用的探索,但這種模式對(duì)于美國(guó)很多地廣人稀,分散居住的獨(dú)棟房子有一定適用場(chǎng)景。對(duì)于居住在城市中的人來(lái)說(shuō),應(yīng)用場(chǎng)景不多,所以也就出現(xiàn)了一些將廢舊電池集中起來(lái),作為一個(gè)儲(chǔ)電平臺(tái)的商業(yè)機(jī)構(gòu),將他們收集的電能供給自己電網(wǎng)中的居民。
三、國(guó)內(nèi)廢舊動(dòng)力電力回收利用狀況
為推動(dòng)廢舊電池的回收利用,工信部于2018年7月發(fā)布了《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用溯源管理暫行規(guī)定》,并于8月1日起正式施行。這次的“溯源管理”的主要內(nèi)容,是規(guī)范動(dòng)力電池的生產(chǎn)、銷售、報(bào)廢、回收、利用等全過(guò)程的信息采集,對(duì)各環(huán)節(jié)主體履行回收利用責(zé)任情況實(shí)施監(jiān)測(cè)。
近年來(lái),包括車企、動(dòng)力電池企業(yè)、材料企業(yè)以及第三方企業(yè)都在積極構(gòu)建以各自板塊為核心的新能源汽車全生命價(jià)值閉環(huán)體系,探索動(dòng)力電池循環(huán)回收的產(chǎn)業(yè)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),推動(dòng)技術(shù)及工藝的發(fā)展,構(gòu)建行之有效可持續(xù)發(fā)展的商業(yè)模式。
1、北汽新能源“擎天柱計(jì)劃”結(jié)合換電模式做光儲(chǔ)電站
當(dāng)電池的容量衰減到額定容量的70%以下的時(shí)候,已經(jīng)不再適用于新能源汽車,但是電池的內(nèi)部化學(xué)成分并沒(méi)有改變,而且還能儲(chǔ)存部分電量。那么用這些電池作為儲(chǔ)能電池。就非常不錯(cuò)。
目前的換電站采用“換電+儲(chǔ)能+光伏”的智能微網(wǎng)系統(tǒng),由退役電池回收而來(lái)的儲(chǔ)能設(shè)備,利用光伏發(fā)電、國(guó)家電網(wǎng)峰谷電等為車輛供電。這種布局的優(yōu)勢(shì)主要在于車、電分離,可以隨時(shí)隨地由運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行電池的維護(hù)保養(yǎng)、體檢、回收、再利用、更新。
根據(jù)北汽新能源的“擎天柱計(jì)劃”計(jì)劃,到2022年將投資100億元人民幣,在全國(guó)范圍內(nèi)建成3000座光儲(chǔ)換電站,梯次儲(chǔ)能電池利用超過(guò)5Gwh,相當(dāng)于1.5萬(wàn)輛電動(dòng)汽車的電池量。
2、比亞迪自主打造電池回收閉環(huán)
比亞迪是目前所有新能源乘用車企中唯一自研自產(chǎn)電池的企業(yè),回收利用也基本都是自己一手操辦。其電池回收渠道主要靠授權(quán)經(jīng)銷商,當(dāng)有客戶要求或報(bào)廢車輛需要更換動(dòng)力電池時(shí),經(jīng)銷商會(huì)將動(dòng)力電池從車體中取出,運(yùn)送到比亞迪電池工廠進(jìn)行初步檢測(cè)。
如果回收的電池可以繼續(xù)利用,再經(jīng)過(guò)下一道檢測(cè)修復(fù),未來(lái)繼續(xù)應(yīng)用在家庭儲(chǔ)能或基站備用電源等領(lǐng)域。如果電池不能再利用,再運(yùn)送到比亞迪電池材料工廠的相關(guān)部門進(jìn)行拆解回收。相對(duì)來(lái)說(shuō),比亞迪在國(guó)內(nèi)新能源車企中擁有最完整的電池回收鏈條。
3、車企與中國(guó)鐵塔定向結(jié)盟回收
目前國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的動(dòng)力電池回收利用合作要屬16家企業(yè)和中國(guó)鐵塔的結(jié)盟。2018年1月,長(zhǎng)安、銀隆新能源等16家整車及電池企業(yè)與動(dòng)力電池回收利用大戶中國(guó)鐵塔公司達(dá)成合作。
中國(guó)鐵塔自2015年開始建設(shè)退役電池梯次利用試驗(yàn)站點(diǎn),涵蓋備電、削峰填谷、微電網(wǎng)等各種使用工況。退役動(dòng)力電池在通信基站的梯次利用大有前景,中國(guó)鐵塔對(duì)儲(chǔ)能電池需求總量約146GWh,存量站更換及新建儲(chǔ)電站每年共需要電池約25GWh,僅從數(shù)量分析,只要鐵塔通信基站儲(chǔ)能電池更換及新建站全部采用梯次利用的動(dòng)力電池,即可吸納2020年80%以上的廢舊動(dòng)力電池。
4、特斯拉等國(guó)外參考案例
與國(guó)內(nèi)相比,國(guó)外電池回收利用項(xiàng)目大多數(shù)以整車廠為主導(dǎo),集中在中小型的家儲(chǔ)、工商業(yè)儲(chǔ)能或者小型的微網(wǎng)領(lǐng)域。例如日產(chǎn)汽車與住友于2010年合資成立4REnergy能源公司,對(duì)日產(chǎn)聆風(fēng)電動(dòng)汽車的廢棄電池實(shí)施梯級(jí)利用,開發(fā)家用和商用儲(chǔ)能產(chǎn)品。
其他類似項(xiàng)目還包括:2017年奔馳與回收公司合作,將smart的退役電池梯次利用到電網(wǎng)服務(wù)儲(chǔ)能設(shè)施領(lǐng)域。博世集團(tuán)、寶馬和瓦滕福公司于2015年利用寶馬純電動(dòng)汽車退役的電池,在柏林建造了大型光伏電站儲(chǔ)能系統(tǒng)。通用公司與ABB合作將退役的雪佛蘭電池梯級(jí)利用于家庭和小型商用備用電源,以及用在可再生能源發(fā)電的削峰填谷等。
特斯拉的方式則有差異性,從旗下高管設(shè)立電池回收公司的行為和言論來(lái)看,特斯拉更傾向于對(duì)退役動(dòng)力電池采用直接拆解回收原材料的方式。特斯拉本身有儲(chǔ)能產(chǎn)品業(yè)務(wù),用的是超級(jí)電池工廠(Gigafactory)新生產(chǎn)的電池。特斯拉還有電池拆解回收的規(guī)劃和設(shè)備產(chǎn)線,新建一個(gè)獨(dú)立于特斯拉品牌存在的電池回收項(xiàng)目,除了給特斯拉業(yè)務(wù)做補(bǔ)充之外,不排除以后面向全行業(yè)拆解回收電池的可能。
雖然目前國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池回收產(chǎn)業(yè)方興未艾,但必須正視的是,動(dòng)力電池循環(huán)回收行業(yè)仍然面臨回收網(wǎng)絡(luò)健全、回收循環(huán)等關(guān)鍵共性技術(shù)突破、商業(yè)模式創(chuàng)新等一系列商業(yè)難題,整體產(chǎn)業(yè)仍處于初期發(fā)展階段。相信隨著政策和制度的逐漸完善,廢舊電池的回收再利用肯定有非常大的前景。