我国动力电池梯次利用规模化发展的问题与对策

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赛迪智库 代晓霞 曹慧莉 徐阳阳

随着我国新能源汽车产量和保有量的不断攀升,动力电池将逐渐进入退役期,回收利用市场前景广阔。预计到 2025 年,我国动力电池梯次利用市场规模将达到 282 亿元。当前我国动力电池梯次利用尚未形成规模化和规范化的应用场景,商业模式、技术创新等方面还存在不少问题亟待解决,这也是动力电池产业链乃至新能源汽车产业链绿色发展的薄弱环节。加快动力电池梯次利用规模化发展迫在眉睫。

我国动力电池梯次利用尚处于起步阶段

应用场景:我国电网储能场景发展迅速,家庭和商业储能等其它场景起步较晚。目前,全球各国都在积极开展动力电池梯次利用相关研究和商业应用。美、日、德等国起步较早,并且已有成功的商业项目和 应 用 工 程。例 如 ,日 本 的 4R Energy 公司 、美 国 的 Freewire 公司、德国博世集团等公司已成功开发出家庭和商业储能、移动电源以及电网储能等梯次电池应用场景。我国是近几年才开始相关研究并进行布局,中国铁塔、沃特玛、平高集团等企业的探索实践主要在电网储能、低速电动车等应用场景方面。

商业模式:美、日商业模式已经成熟,我国尚处于探索中。目前,美国实行的是生产者责任延伸+消费者押金制度,政府通过押金制度督促消费者上交退役电池给汽车销售企业。同时对电池生产企业收取回收费、对消费者收取部分手续费,用于成立回收基金,以支持电池梯次利用和回收利用。日本从 2000 年起即规定电池生产商负责锂电池回收,消费者则基于“自愿努力”和循环观念,参与废旧电池的回收,退役电池通过逆向物流统一返回电池生产企业进行评估、分选和重组,再流向梯次电池用户(企业或消费者)。相较于美、日成熟的电池梯次利用商业模式,我国尚未形成覆盖面较广且统一的回收网络,处于多种模式并存状态。

技术规范:性能评估、分选重组和寿命预测技术与国外仍有差距。从技术角度看,梯次利用电池性能评估检测、快速分选和重组、电池溯源和安全监控是全球重点突破的方向。早在 2002 年,美国等国就已开展车用淘汰电池的二次利用研究,主要针对电池梯次利用的过程、步骤、经济性及示范规模,目前研发重点放在电芯评估、分选和溯 源等领域。就我国企业而言,中国铁塔公司已制定了《中国铁塔梯级电池产品技术规范书》,并联合其它企业、研究所共同建立了统一的梯级电池技术标准体系;宁德时代等企业也已开展针对退役电池包进行健康指数评价等方面的研究,在动力电池退役判定标准及性能评估技术、自动化拆解和分选重组、电池寿命预测技术领域,与发达国家仍有差距。

尚未建立起共生共赢的产业链

生态圈。我国动力电池回收梯次利用按照上下游产业链可分为三个层次:生产层、梯次利用层和再生层,目前这三个层级相对孤立,没有建立起共生共赢的产业链生态圈。一是三个层次的协同性不足。生产层的目标是生产电池和销售汽车,不重视有利于回收利用的标准化电池的研发设计;梯次利用层的目标是更低成本地实现梯次利用,不重视梯次利用后电池的有序回收。二是信息数据未能共享。目前,我国生产层的电池管理系统(BMS)运行数据与电芯数据尚未进行有效整合,上下游信息数据未能打通,进而增加了梯次利用电池重组的难度。

梯次利用盈利模式不成熟。对于梯次利用企业而言,在成本方面,梯次利用需要对回收来的退役电池进行检测、分类、重新配组,由于电池标准不一、电池信息数据未能完全共享,以及梯次利用技术刚刚起步等原因,需要投入大量的资金和人力,梯次重组电池成本较高。在收入方面,目前我国梯次利用的主要用户是中国铁塔公司,其在采购梯次电池时一般会对标其经常采购使用的铅酸电池,给出的梯次电池采购价较低。较高的成本和较低的采购价使得梯次利用企业盈利空间不足,亟待探索新型盈利模式。

梯次利用关键技术亟待突破。

我国动力电池梯次利用在重组技术、离散整合技术和寿命预测技术 等方面存在技术难点。

重组技术的主要难点是分组技术和成组技术,目前都存在不少问题,如分组参数设定不合理,模组离散性大,性能不稳定、系统集成困难等。离散整合技术的关键是让不同离散程度的电池包在同一系统里高效运行。退役模组芯片系统( SOC) 检测模拟技术和电源管理系统( BMS)技 术是亟待 突破 的技术难点。寿命预测技术是整个梯次利用产品技术的关键点,目前在电量衰减机理、余能检测以及新技术精确测量定量技术等方面,还亟待突破。

标准及技术规范发展滞后。标准和技术规范的制定和推广是梯次利用规模化应用的前提。虽然车用动力电池的生产设计、信息追溯、拆解规范、余能检测等相关规范已经发布,但因为缺乏对应的强制性标准或可操作性的技术规范,不同厂家的电池结构、材料体系差距较大,部分汽车生产企业未能主动公开动力蓄电池拆卸、拆解及贮存技术说明等信息,梯次电池重组及评价不规范,不利于电池规范化规模化梯次利用。

构建我国动力电池梯次利用的

产业生态圈。一是构建全生命周期的生态体系。建立电池生产商、整车企业、回收企业、梯次利用企业、梯次利用用户和再生冶炼企业六位一体的梯次利用生态体系,形成联动。二是探索适合的商业模式。整合行业资源,构建覆盖面广、可持续的回收和梯次利用网络。三是搭建信息溯源平台。构建从电池生产、使用、梯次利用、报废回收等全生命周期的信息溯源系统,实现电池管理系统(BMS)的运行数据与电芯数据后台全部传输,信息系统可以对电池单体数据的实时溯源进行查询,并实现用大数据平台进行电池评估筛选。

加强对关键技术的研发与攻关。一是离散整合技术。针对梯次应用不同场景的 Pack 设计电池模组建立数据库,根据不同电池模组的性能、寿命、容量、内阻、余能等数据参数重新分组,建立数据模型和电池管理系统,提升重组后电池的性能。二是储能系统并网拓扑研究。针对不同种类、规模、大小的动力电池,研究设计合理的基于高频变压器隔离的级联 H 桥储能系统并网拓扑,降低储能系统对梯次利用电池种类及电池一致性的依赖,提升退役电池的利用率。

制定相关技术标准及规范。一是管理标准。制定《新能源汽车动力电池梯次利用实施细则》,细化梯次利用上下游相关主体的责任,加强动力电池梯次利用行业准入门槛、信息溯源管理、梯级电池管理、梯次利用基金等相关标准体系建设。二是技术标准。研究制定动力电池 Pack 拆解工艺规范,并对电池拆解后的分类、标签、存放、信息录入和追溯等相关工作做出明确规范。三是评价标准。建立新能源汽车动力蓄电池第三方评价标准,为动力电池梯次利用企业在动力蓄电池余能检测、残值评估等阶段提供技术指导。

创新梯次应用盈利模式。一是多元化开拓梯次应用场景。在太阳能、风能等可再生能源并网、微电网、工业领域储能、低速交通、汽车充电桩、社区及公共建筑储能、数据中心备用电源等领域建设梯级电池应用示范。二是打造租售并举的梯次应用模式。针对客户的需求程度和资金承受能力分类实施,对于需求强烈、资金充裕的梯次利用客户,以出售梯级电池为主;对于社区、景点、数据中心等需求不够强烈、资金预算不足的客户,则可借鉴合同能源管理的经验采取出租的方式。三是多种支付方式。通过分期付款、分时租赁、盈利后结算、托管运营,甚至免费供货(靠后续增值服务)等方式吸引梯次用户。

完善政策激励机制。一是统筹现有资金专项,对动力电池回收利用体系的建设、动力电池梯次利用技术的研发、动力电池梯次利用示范项目等,给予一定的资金补贴,优先推荐其申报国家节能环保、绿色制造等专项资金,对梯次利用电池用户给予一定的财政补贴。二是积极探索建立梯次利用回收体系社会资金保障机制,逐步形成政府资助引领、企业和社会多元投入、经济和环境效益共享的资金保障机制。

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