近日，福建工信局、發(fā)改委等九部門聯(lián)合印發(fā)《福建省開展新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用體系建設(shè)執(zhí)行辦法（2020-2022年）》。擬以寧德時(shí)代、我國鐵塔、科華恒盛等一批公司為示范試點(diǎn)，開展動(dòng)力鋰離子電池回收梯次利用項(xiàng)目使用。

依據(jù)工信部此前公布的通知，確定京津冀地區(qū)、山西省、上海市、江蘇省、浙江省、安徽省、江西省、河南省、湖北省、湖南省、廣東省、廣西壯族自治區(qū)、四川省、甘肅省、青海省、寧波市、廈門市及我國鐵塔股份有限公司為試點(diǎn)地區(qū)和公司。

北極星儲(chǔ)能網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，全國已有九個(gè)省市地區(qū)公布了動(dòng)力鋰離子電池回收梯次利用相關(guān)政策，并有150多家公司被選擇為示范試點(diǎn)公司，率先開展相關(guān)研究使用及商業(yè)模式探索。

表1：動(dòng)力蓄電池回收梯次利用政策

表2：動(dòng)力鋰離子電池回收梯次利用試點(diǎn)項(xiàng)目

表3：動(dòng)力鋰離子電池回收梯次利用試點(diǎn)公司

梯次利用商業(yè)化推廣究竟還有多遠(yuǎn)？來小康在《有關(guān)動(dòng)力鋰離子電池梯次利用的一些沉思》文中指出：有關(guān)梯次利用電池，非得不斷降低其狀態(tài)評(píng)估、分選重組、系統(tǒng)集成等再制造過程的成本，同時(shí)在梯次利用階段有良好的壽命特性，這樣才能與新電池在經(jīng)濟(jì)性上具有競爭力。而若明確梯次利用的成本，則需健全電池梯次利用和回收以及相關(guān)市場機(jī)制的政策法規(guī)支持。

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隨著電動(dòng)汽車的使用，動(dòng)力鋰離子電池性能逐漸下降，當(dāng)其不能滿足電動(dòng)汽車使用要求時(shí)，就要從電動(dòng)汽車上退役下來；隨著電動(dòng)汽車銷量的快速上升，將來幾年動(dòng)力鋰離子電池的退役量也將快速新增，2020年動(dòng)力鋰離子電池退役量將達(dá)20GWh，2025年超過90GWh。

在退役動(dòng)力鋰離子電池中，很多還具有較高的剩余容量（額定容量的70-80%），這些電池經(jīng)過重新的診斷、分選和重組后，有可能使用于使用工況更加溫柔的場景（低速電動(dòng)汽車、電網(wǎng)儲(chǔ)能、基站備用等），實(shí)現(xiàn)動(dòng)力鋰離子電池的梯次利用。動(dòng)力鋰離子電池的梯次利用，可以讓其性能得到充足的發(fā)揮，提升動(dòng)力鋰離子電池的全壽命周期價(jià)值。

盡管梯次利用看上去有很好的商業(yè)模式，但業(yè)內(nèi)對(duì)此有著較為對(duì)立的評(píng)價(jià)，一種觀點(diǎn)認(rèn)為退役動(dòng)力鋰離子電池一致性差、剩余壽命短、安全風(fēng)險(xiǎn)高，不具備梯次利用的價(jià)值，應(yīng)筆直進(jìn)行回收解決；另一種相對(duì)立的觀點(diǎn)則認(rèn)為有關(guān)退役動(dòng)力鋰離子電池，大多數(shù)可進(jìn)行梯次利用，甚至認(rèn)為將是電力儲(chǔ)能的主力。

我國電科院自2010年開始動(dòng)力鋰離子電池梯次利用的研究，對(duì)退役的錳酸鋰離子電池和多種型號(hào)的磷酸鐵鋰離子電池的電化學(xué)和安全性能進(jìn)行了評(píng)測，并進(jìn)行了不同場景下的梯次利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)小規(guī)模工程使用。通過技術(shù)研究和工程使用發(fā)現(xiàn)，在退役電池中，有的電池存在微/內(nèi)短路，具有較高的安全隱患；有的電池惟有幾百次的剩余壽命，沒有梯次利用的價(jià)值；因此，不是所有的退役電池都可以梯次利用，但也有部分退役磷酸鐵鋰離子電池具有較好的一致性（容量極差小于額定容量的10%），且在室溫較低倍率下有較好的循環(huán)特性（0.5C、80%DOD下壽命大于3000次），這部分退役電池具有潛在的梯次利用價(jià)值[3-6]。

而有關(guān)近兩年裝機(jī)量快速新增、乘用車緊要采用的三元體系電池，業(yè)內(nèi)針對(duì)其梯次利用的研究還不夠深入，尤其是其在梯次利用過程中的性能衰減和安全狀態(tài)變化規(guī)律還不是很明晰，但從已經(jīng)取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，退役三元電池在壽命和安全性上均比磷酸鐵鋰離子電池差，其梯次利用的前景不容樂觀。

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一、退役電池能否梯次利用的判斷準(zhǔn)則

動(dòng)力鋰離子電池經(jīng)過長期車載使用后，退役時(shí)電池性能分明衰退，存在較高安全風(fēng)險(xiǎn)且剩余價(jià)值不明確，因此，在梯次利用前首先要判斷什么退役動(dòng)力鋰離子電池可以梯次利用。筆者認(rèn)為針對(duì)退役動(dòng)力鋰離子電池能否梯次利用應(yīng)當(dāng)緊要從兩個(gè)方面來進(jìn)行判斷，一是退役動(dòng)力鋰離子電池是不是能安全的梯次利用，二是該電池的梯次利用是不是具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1.1退役動(dòng)力鋰離子電池梯次利用的安全性

電池安全性是其工程使用中最緊要的關(guān)注點(diǎn)，目前電化學(xué)儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車采用的基本都是鋰離子電池，這種電池以有機(jī)物為溶劑，即使是新電池，也可能由于制造過程的缺陷或使用不當(dāng)而發(fā)生安全事故。有關(guān)退役動(dòng)力鋰離子電池，由于其內(nèi)部枝晶生長、電解液消耗、晶體結(jié)構(gòu)變化、界面阻抗新增等原由，其發(fā)生安全事故的風(fēng)險(xiǎn)變大；同時(shí)電池在電動(dòng)汽車階段的使用環(huán)境、工況不同，電池的容量保持率也不一致，這就造成退役動(dòng)力鋰離子電池安全事故的誘發(fā)因素和薄弱環(huán)節(jié)與新電池存在差異，使退役動(dòng)力鋰離子電池的安全性評(píng)估變得更加復(fù)雜。

目前針對(duì)退役動(dòng)力鋰離子電池安全性評(píng)估尚無成熟標(biāo)準(zhǔn)化的辦法，通常按照以下步驟來進(jìn)行：首先對(duì)電池的外觀進(jìn)行測試，觀察是不是存在極耳斷裂、鼓脹等物理缺陷；然后針對(duì)無分明物理缺陷的電池，根據(jù)動(dòng)力或儲(chǔ)能電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，抽樣分解電池在極限條件下的狀態(tài)；最后對(duì)不同狀態(tài)的退役電池，抽樣分解其自產(chǎn)熱起始溫度、熱失控引發(fā)溫度等特性。

現(xiàn)有辦法雖然可以剔除一些具有分明安全問題的電池（如鼓脹電池），但不能有效識(shí)別電池內(nèi)部的安全隱患，同時(shí)抽樣測試的比例也不好確定，比例過小不能準(zhǔn)確反映整批次電池的安全狀態(tài)，而比例過大使退役動(dòng)力鋰離子電池安全性評(píng)估的成本大幅度新增。

退役電池在梯次利用過程中因其內(nèi)部狀態(tài)持續(xù)劣化，其安全隱患也在繼續(xù)新增，因此，有關(guān)退役動(dòng)力鋰離子電池的安全性評(píng)估，不能只關(guān)注電池當(dāng)前的安全狀態(tài)，還應(yīng)兼顧在梯次利用過程中電池安全狀態(tài)的變化。

1.2退役動(dòng)力鋰離子電池梯次利用的經(jīng)濟(jì)性分解

動(dòng)力鋰離子電池梯次利用的經(jīng)濟(jì)性分解應(yīng)采用替代法，即采用退役動(dòng)力鋰離子電池替代鉛酸蓄電池或新的鋰離子電池后，其凈收益是不是有所新增，其中凈收益指梯次利用過程中的收益減去整個(gè)梯次利用過程中的成本。

1.2.1梯次利用成本分解

梯次利用的成本緊要包括電池采購成本、運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本、拆解成本、狀態(tài)診斷成本、重組成本、運(yùn)行維護(hù)成本、電池再回收成本等[7-8]；

（1）電池采購成本；受多種因素的影響，如電池退役的剩余殘值、退役動(dòng)力鋰離子電池的市場供應(yīng)量、國家的相關(guān)政策等，目前沒有統(tǒng)一的定價(jià)機(jī)制。

（2）運(yùn)輸和貯存成本。退役動(dòng)力鋰離子電池回收、運(yùn)送至電池梯次利用測試、重組中心的運(yùn)輸和貯存費(fèi)用。

（3）電池拆解成本：不同使用場景下的電池容量和電壓等級(jí)不同，同時(shí)部分退役動(dòng)力鋰離子電池中一致性較差，因此要對(duì)電池進(jìn)行拆解所出現(xiàn)的費(fèi)用。

（4）狀態(tài)診斷成本：電池容量、內(nèi)阻、壽命等參數(shù)探測費(fèi)用，設(shè)備折舊費(fèi)用，場地費(fèi)用等。

（5）重組成本：電池箱體、電池管理系統(tǒng)、連接線、變流器、電池防護(hù)、消防器材等成本。

（6）運(yùn)行維護(hù)成本：包括梯次利用電池系統(tǒng)運(yùn)行期間的維護(hù)，檢修、更換故障部件等。

（7）電池再回收成本。梯次利用后要對(duì)廢舊動(dòng)力鋰離子電池交由專業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行回收解決，目前磷酸鐵鋰離子電池回收價(jià)值較低，可能還要支出一定的回收解決費(fèi)用；三元電池由于含有貴金屬，具有較高的回收價(jià)值，可以從回收環(huán)節(jié)中獲利。

目前梯次利用過程的成本存在較大的不確定性，緊要體今朝以下幾個(gè)方面：電池采購成本受市場、政策、剩余容量和壽命等多種因素影響，價(jià)格相差較大；退役電池的成組方式不同、性能差異程度不相同造成在拆解環(huán)節(jié)的成本各不相同；受歷史數(shù)據(jù)的完整程度、性能診斷方式等因素影響，在電池狀態(tài)診斷環(huán)節(jié)的成本也會(huì)有所差異；由于電池之間的差異度不同、使用場景不同、管理策略不同等原由，造成退役電池的重組成本也不相同；最后，針對(duì)梯次利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的高效運(yùn)維技術(shù)缺失，系統(tǒng)的運(yùn)維成本不確定。

因此，要明確梯次利用過程的成本，需健全電池梯次利用和回收的相關(guān)政策法規(guī)，構(gòu)建完善的電池歷史數(shù)據(jù)體系，沖破電池狀態(tài)診斷和壽命預(yù)測、高效重組和運(yùn)維等關(guān)鍵技術(shù)，建立退役電池采購以及梯次利用后再回收市場機(jī)制。

1.2.2梯次利用收益分解

對(duì)電池梯次利用階段收益影響最大的是其剩余壽命，電池的剩余壽命可以分為日歷壽命和循環(huán)壽命，在不同使用場景下對(duì)電池壽命的關(guān)注點(diǎn)不相同。目前在電網(wǎng)儲(chǔ)能中退役電池較適合的使用場景是備用電源和調(diào)峰，備用電源緊要關(guān)注電池的日歷壽命，而調(diào)峰場景下更關(guān)注電池的循環(huán)壽命。我國電科院在研究中發(fā)現(xiàn)，有關(guān)加工年份較早（2012年往日）的動(dòng)力鋰離子電池，由于當(dāng)時(shí)電池制造水平不高，退役后電池的剩余壽命不高，且一致性較差。2012年國內(nèi)一線電池廠家制造的磷酸鐵鋰離子電池退役后，在電網(wǎng)調(diào)峰、容量備用等模擬工況下具有較好的壽命特性，在電網(wǎng)調(diào)峰模擬工況（室溫0.5C、80%DOD）下電池壽命超過3000次；在容量備用模擬工況下根據(jù)衰退趨勢猜測，電池的使用壽命超過6年。

1.2.3梯次利用經(jīng)濟(jì)性分解

動(dòng)力鋰離子電池梯次利用的經(jīng)濟(jì)性分解是在采用退役電池替代鉛酸蓄電池或新的鋰離子電池后，分解替代前后的系統(tǒng)成本以及使用壽命，在此基礎(chǔ)上評(píng)估梯次利用的經(jīng)濟(jì)性。在備用電源場景下，目前梯次利用電池系統(tǒng)成本（0.5-0.7元/Wh）略高于鉛酸蓄電池（0.4-0.5元/Wh），但在該場景下梯次利用電池的日歷壽命更長，目前采用退役電池的經(jīng)濟(jì)性和鉛酸蓄電池相差不大；將來隨著退役電池的成本下降和梯次利用階段的壽命提升，在備用電源場景下采用退役電池的經(jīng)濟(jì)性會(huì)更好。

在調(diào)峰場景下，由于近幾年鋰離子電池價(jià)格的快速下降，目前新電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本已降至1.8-2.0元/Wh，且在將來幾年還會(huì)繼續(xù)下降，因此，有關(guān)梯次利用電池，非得不斷降低其狀態(tài)評(píng)估、分選重組、系統(tǒng)集成等再制造過程的成本，同時(shí)在梯次利用階段有良好的壽命特性，這樣才能與新電池在經(jīng)濟(jì)性上具有競爭力。

二、梯次利用時(shí)要考慮的關(guān)鍵問題

退役動(dòng)力鋰離子電池在梯次利用前，首先要對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行診斷，評(píng)估電池是不是存在安全隱患，評(píng)測當(dāng)前的容量（SOH）、內(nèi)阻等參量，同時(shí)還要對(duì)電池在梯次利用階段的衰退趨勢進(jìn)行預(yù)測，判斷電池的剩余壽命；在此基礎(chǔ)上根據(jù)電池的狀態(tài)進(jìn)行分選重組，同時(shí)為其選取適宜的使用場景，最大化電池在梯次利用階段的價(jià)值。

2.1退役動(dòng)力鋰離子電池狀態(tài)的診斷

退役動(dòng)力鋰離子電池的狀態(tài)診斷蘊(yùn)含三部分內(nèi)容，一是評(píng)估電池當(dāng)前的容量、內(nèi)阻等參量，二是判斷電池有無安全隱患，三是預(yù)測電池在梯次利用過程中的衰減趨勢；其核心是以一種經(jīng)濟(jì)性的方式實(shí)現(xiàn)上述診斷。

目前退役的動(dòng)力鋰離子電池根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的完整程度可分為兩大類：一類是具有完善的電池在車載使用的階段的運(yùn)行數(shù)據(jù)，稱之為白箱。針對(duì)這類電池，首次可通過歷史數(shù)據(jù)分解來評(píng)估電池的剩余容量、內(nèi)阻等當(dāng)前狀態(tài)，其次依據(jù)電池在車載使用過程中有無過充電、過放電、過熱等濫用情況的發(fā)生以及退役時(shí)是不是有鼓脹等問題來判斷電池的安全狀態(tài)，最后根據(jù)電池車載階段充放電過程中的參數(shù)變化規(guī)律，來預(yù)測電池的衰減趨勢。這種診斷辦法速度快、成本低，對(duì)動(dòng)力鋰離子電池容量的評(píng)估比較準(zhǔn)確，同時(shí)對(duì)電池的剩余壽命預(yù)測也很有幫助；但該辦法目前在電池內(nèi)部安全隱患的識(shí)別上還不是很有效。

另一類是退役動(dòng)力鋰離子電池的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)不完整或完全缺失，稱之為黑箱。針對(duì)這類電池的狀態(tài)，目前有兩種診斷辦法：一是對(duì)電池模塊或電池組進(jìn)行幾次完整的充放電，記錄電池的電壓、溫度等參量的變化情況，分解單體之間的一致性；然后對(duì)退役動(dòng)力鋰離子電池進(jìn)行抽樣，分解電池在濫用條件下的安全性能和儲(chǔ)能工況下的衰退特性；這種辦法雖然能準(zhǔn)確掌握退役動(dòng)力鋰離子電池的容量、內(nèi)阻等狀態(tài)以及單體之間的狀態(tài)差異，但這種辦法周期長、占用設(shè)備多，同時(shí)安全實(shí)驗(yàn)還破壞了電池，因此診斷成本較高。另一種辦法是選取幾個(gè)可快速測量的電池特點(diǎn)參量（開路電壓、交流內(nèi)阻等），通過對(duì)這些參量的快速評(píng)測來診斷電池的狀態(tài)；這種診斷辦法速度快、設(shè)備成本較低，但由于選取的特點(diǎn)參量與電池狀態(tài)之間的關(guān)系尚不完全明確，通常診斷結(jié)果誤差較大。

退役動(dòng)力鋰離子電池的內(nèi)部安全隱患隱蔽性強(qiáng)，無論是針對(duì)白箱的歷史數(shù)據(jù)分解法，還是針對(duì)黑箱的充放電法或特點(diǎn)參量法，對(duì)電池內(nèi)部安全隱患的判斷都不夠準(zhǔn)確；同時(shí)由于退役動(dòng)力鋰離子電池與新電池的狀態(tài)有較大差異，還要分解充放電倍率、充放電深度、充放電溫度、環(huán)境溫度等使用條件對(duì)電池性能的影響，明確電池在梯次利用階段的使用邊界條件。將來隨著歷史數(shù)據(jù)的日趨完善以及數(shù)據(jù)分解技術(shù)的不斷進(jìn)步，基于白箱的數(shù)據(jù)分解法加上電池安全、壽命等關(guān)鍵性能的抽樣分解有望以較低成本來實(shí)現(xiàn)退役動(dòng)力鋰離子電池狀態(tài)的準(zhǔn)確診斷。

2.2退役動(dòng)力鋰離子電池重組和使用場景界定

退役動(dòng)力鋰離子電池之間的差異分明大于新電池，在重組時(shí)要依據(jù)電池之間的差異采取有效的均衡策略；相比新電池，退役動(dòng)力鋰離子電池的內(nèi)阻顯著增大，同樣使用條件下的產(chǎn)熱量也更大，低溫下的充放電性能變差，在重組時(shí)要依據(jù)環(huán)境溫度采用有效的溫度控制策略，戒備電池長期在高溫（40℃以上）或低溫環(huán)境下（0℃以下）運(yùn)行；退役動(dòng)力鋰離子電池安全失效風(fēng)險(xiǎn)增大，在重組時(shí)要結(jié)合使用場景采取必要的安全防護(hù)和消防措施。

電池梯次利用存在多種潛在使用場景，不同使用場景對(duì)電池的狀態(tài)以及一致性要求也不相同，電池在不同使用場景下的衰退規(guī)律也有分明的差異，因此，在進(jìn)行退役動(dòng)力鋰離子電池重組時(shí)，要依據(jù)電池的狀態(tài)、電池之間一致性以及不同場景的衰退趨勢，為其選取適宜的使用場景[9]。

三、應(yīng)當(dāng)做的工作

雖然將來幾年動(dòng)力鋰離子電池退役量將快速新增，且梯次利用時(shí)具有多種潛在使用場景，但目前尚不能對(duì)大規(guī)模開展動(dòng)力鋰離子電池梯次利用給予明確的定論，這是因?yàn)椋阂皇峭艘蹌?dòng)力鋰離子電池的狀態(tài)評(píng)估、分選、管理等關(guān)鍵技術(shù)研究還不夠深入，造成梯次利用過程中的再制造成本較高；二是新電池成本的繼續(xù)下降使采用梯次利用電池的低成本優(yōu)點(diǎn)變小。因此，有關(guān)動(dòng)力鋰離子電池的梯次利用，將來應(yīng)在以下幾個(gè)方面重點(diǎn)開展工作。

一是沖破退役動(dòng)力狀態(tài)評(píng)估、安全隱患識(shí)別、剩余壽命預(yù)測、電池重組和管理、系統(tǒng)集成和運(yùn)維等關(guān)鍵技術(shù)，其中重點(diǎn)是電池安全隱患識(shí)別；分解梯次利用過程中狀態(tài)評(píng)估、分選重組、系統(tǒng)集成和運(yùn)維等環(huán)節(jié)的投入，利用上述關(guān)鍵技術(shù)降低梯次利用全過程的費(fèi)用，其中重點(diǎn)是明確各環(huán)節(jié)的成本；掌握電池在梯次利用階段的性能衰退趨勢和安全狀態(tài)演化規(guī)律，明確不同狀態(tài)電池適用的使用場景以及邊界使用條件，其中重點(diǎn)是依據(jù)電池狀態(tài)為其選取適宜的場景。

二是完善動(dòng)力鋰離子電池?cái)?shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)體系，使其在退役時(shí)是一個(gè)歷史數(shù)據(jù)完整的白箱，同時(shí)優(yōu)化基于歷史數(shù)據(jù)的電池狀態(tài)診斷辦法，提升電池狀態(tài)、安全隱患以及剩余壽命評(píng)估的準(zhǔn)確度。

三是在不同使用場景下開展梯次利用電池的小規(guī)模工程使用，分解在實(shí)際工程使用中電池的狀態(tài)以及性能變化規(guī)律，完善和優(yōu)化動(dòng)力鋰離子電池梯次利用的關(guān)鍵技術(shù)。

四是開展退役三元電池的壽命、安全等性能的評(píng)價(jià)，掌握三元電池在梯次利用過程中的性能演化規(guī)律，研判退役三元電池的梯次利用的可行性，戒備在三元電池梯次利用的決策上出現(xiàn)失誤。

待上述幾項(xiàng)重點(diǎn)工作基本完成后，才宜開展梯次利用動(dòng)力鋰離子電池的大規(guī)模工程使用。