2022提升动力电池再利用的效率

提升动力电池再利用的效率题 目一、储能电池产业发展趋势二、动力电池回收再利用的重要性三、多级利用过程中遇到的困难四、如何解决动力电池的再利用难题？22010-2018年新能源汽车产销量 据中国汽车工业协会数据，2018年我国新能源汽车市场产销规模再创新高，全年新能源汽车累计生产127万辆，同比增长59.9%；累计销售125.6万辆，同比增长61.7%。纯电动车型仍旧为市场支撑主体，2018年共计生产98.6万辆，占总产量比77.6%。2010-2018年我国累计生产新能源汽车达304.6万辆。2013-2018年动力电池装车情况 整体情况：受新能源汽车市场带动和政策利好，2018年我国动力电池装车量大幅增长，全年装车共计56.92GWh（不计铅酸电池），较2017年同比增长56.34%。在经历2016年和2017年两年高速发展期，我国动力电池市场逐渐进入稳步发展期，增速开始呈现上升趋势。

2018年动力电池装车情况 按材料种类：

2018年我国动力电池装车主体产品仍旧以三元电池、磷酸铁锂电池为主，其中三元电池受乘用车市场带动，全年装车量共计33.07GWh，占装车量总比达58.11%，较2017年上升14.03个百分点，呈逐年上升趋势；磷酸铁锂电池全年装车量共计22.20GWh，在纯电动客车领域配套占比高达72.16%。动力电池产业发展趋势我国是一个能源进口大国，60%的一次能源依赖进口，这给我国能源的战略安全带来很大风险。从国内来看，我国电能源发电结构体系中，火电占比70-85%，改善电能源发电结构，积极发展新能源和清洁绿色能源发电，无疑是当务之急！风能和太阳能是新能源发电的主力，但是都存在发电波动大、难预测等特点，而采用动力电池储能具有较好的调度平衡作用，动力电池储能的特点是：响应快、配置灵活、控制精准、环境相对要求较低等。动力电池储能系统被认为是新能源发电的最佳搭档，这已是行业共识。动力电池储能产业发展趋势目前辅助的调峰和调频装置有许多，如燃气发电、抽水蓄能电站、储热和储冷也能完成一部分调峰工作，但平滑输出和调频效果不如动力电池储能。集中在同一个地方的风电与光伏发电，虽然具有自动平衡一部分输出的波动性，但是风和光能够达到互补效应的地方不多，因此，采用一定规模的动力电池储能装置，是新能源电站实现平稳输出的最佳配置。据国家权威部门预测，到2030年，我国风光发电装机容量将超过6亿kW。如果按储能平衡时间1个小时的比例来配套储能系统，则储能系统装机将超过600GWh，如果其中有30%采用动力电池进行储能，则就会有超过180GWh的动力电池需求。根据储能联盟全球储能项目库的不完全统计，截至2017年第三季度，全球已投运电化学储能项目累计装机规模达2.24GWh。与新能源发电配套的储能电站可以有多种存在形式，从使用效果、利用效率、调度方便和商业模式等几方面综合考量，百兆瓦以上规模的独立储能电站将成为主流配置。未来动力电池技术路线的走向未来储能市场动力电池的主流类型：方形硬壳和方形软包装100Ah以上大容量电池。主流的材料体系：磷酸铁锂配硅碳负极、长寿命三元配硅碳负极主流工艺：扁卷和叠片。产品要求：安全性、长寿命、低成本。软包装模块题 目一、储能电池产业发展趋势二、动力电池回收再利用的重要性三、多级利用过程中遇到的困难四、如何解决动力电池的再利用难题？9背

景锂离子动力电池较之于铅酸电池，镍氢电池，超级电容等储能方案，具有鲜明的优势，已被国内外汽车工业界广泛认可，也是目前最适合电动汽车产业化的储能解决方案。锂离子动力电池系统作为电动汽车的核心零部件，其成本占整车成本的三分之一甚至更多，如何有效降低锂离子动力电池系统应用成本，将成为业界面对的一项关键挑战；同时锂离子动力电池内部结构复杂，单体电池一致性较差，如何有效保证动力电池系统在梯次利用过程中的可靠性，提升客户使用满意度也是一项非常重要工作。动力电池回收和再利用的目的以降低动力电池系统在电动汽车上的应用成本，提升电动汽车产品质量和客户满意度为目标，推动锂离子动力电池产业化以及锂离子电池再利用行业和循环经济模式的可持续发展；通过对锂离子动力电池系统运行数据的实时收集和分析，建立科学、可靠的锂离子动力电池系统性能和寿命评估体系；通过保养维护来确保锂离子动力电池系统的安全性和可靠性；通过对锂离子动力电池系统全生命周期的多次利用和材料回收修复的关键技术研发，建立多级利用核心部件及关键材料循环利用经济模式。动力电池-模块-系统成本变化和占比情况12分析对象以磷酸铁锂电池为对象，三元材料电池材料略高10-15%100Ah能量型磷酸铁锂电池成本构成（采用自动化生产方式）逐年成本的下降以及各种费用占比2007年2014年2018年2020年1电芯3元/Wh1.8元/Wh1.0元/Wh0.8元/Wh材料（包括正负极材料、隔膜、电解液外壳、连接件）65%75%80%86%动力费10%6%4%3%设备折旧15%11%7%4%人工5%4%3%3%其它5%5%5%4%2模块0.4元/Wh0.35元/Wh0.2元/Wh0.10元/Wh材料（包括模块外壳、连接件、紧固件60%65%70%80%其它40%35%30%20%3电池组0.7元/Wh0.5元/Wh0.2元/Wh0.2元/Wh材料（传感器、BMS、散热系统、紧固件、结构件、电缆、测试70%75%80%85%其它30%25%20%15%4合计电池系统价格4.1元/Wh2.65元/Wh1.4元/Wh1.10元/Wh(l)加强环境保护、实现可持续发展的客观需要。从其化学组成成份看，电池都含有一些金属和电解质，如果处置不当，都会给生态、环境和公众健康带来危害。这一工作，对于加强环境保护、实现可持续发展至关重要。促使资源再利用、建设节约型社会的客观需要。研究表明，电池中含有可以回收的锂、钴、锰、镍等有价值金属，其外包装也有一些可以回收的材料。使其资源再生利用，对于建设节约型社会必将发挥重要作用。落实科学发展观、发展绿色循环经济的必然趋势。科学合理地回收利用废旧电池，走循环经济发展之路，促使其向减量化、资源化、无害化发展，不仅可以减少污染，而且可以变废为宝，既可以为企业带来显著的经济效益，也可以产生极大的环境效益和社会效益。加强技术创新、建设创新型社会的客观要求。现实中回收利用不理想的主要原因，还是一些技术难题没有解决，处理成本较高，难以产生较大的经济效益。只有加强回收利用的技术创新，建立健全自主创新体系，在研发、投入、管理方面下功夫，才能达到目的。梯次利用和环保回收的重要性国内潜在储能市场需求对于国家“十三五”规划中的七大重点行业之一新能源行业而言，相关的储能电池（风能、太阳能和生物能）的需求，更远远高于新能源汽车电池需要，储能电池年需求将达到50GWh。目前年市场份额达200多亿元的通讯基站，也正在考虑从铅酸电池转为锂离子电池，其年需求也将多达40GWh。另外，梯次利用的一个巨大潜在市场是低速电动车，该市场也正处在从铅酸电池到锂离子电池的转型，其年需求也将超过10-20GWh。废旧锂电池的资源性和对环境的危害性必须得到重视无论一次锂电池或二次锂电池，均含有的多种金属，以及电解液、有机溶剂和电池循环过程中产生的副产物都将对环境造成污染。就目前而言，锂离子电池回收工艺众多，但主要有两种方法最为常见，即火法和湿法。在回收和处理过程中，存在着一些问题，比如在废旧电池的收集、贮存、拆解和回收过程中容易产生二次污染，特别是废气的产生、及废渣、废酸、废碱的随意排放，成为二次环境污染的主要原因。废旧锂离子电池的电解质进入环境中，可发生水解、分解等化学反应，产生

氢氟酸、含磷化合物,造成氟污染。电池的溶剂经过水解、燃烧分解等化学反应，生成甲醛、甲醇、乙醛、乙醇、甲酸等小分子有机物，这些小分子物质易溶于水，可造成水源污染。电池中其它物质进入环境中可造成有机物污染。资源存在不可持续的风险1）钴资源问题钴主要蕴藏在刚果民主共和国等中非地区，除此之外，似乎在其他任何地方都找不到。“钴最大的挑战之一就是它只蕴藏在一个国家”。地处非洲中部的刚果民主共和国（以下简称刚果（金））是全球最大的钴生产国，全球54%左右的钴（约6.6万吨）供应都来源于此。在干旱贫瘠的非洲大陆深处，人们正在全球最大的铜矿带上打破石块，寻找新时代的“石油”——用于锂电池正极材料的稀有金属“钴”。这些富含钴的大块岩石被开采后，随后被送往欧美和中国的炼矿厂，并最终进入一些大型汽车公司的复杂供应链。资源存在不可持续风险然而，刚果（金）的矿产虽获垂涎，但该国政治的不稳使得全球钴资源供应链十分脆弱。今年年初该国矿业法修订，大幅调高开采权费用，令当地矿场成本大增。作为制造锂电池必要的金属原料，钴被广泛应用于电动车、3C消费电子产品等领域，钴是用于新能源汽车三元锂电池正极材料生产。国土资源部公布的全国矿产资源储量通报中显示：我国钴储量基础为7.99万吨，资源量为56.6万吨，具有开采意义的储量为4.21万吨。但我国钴资源储量仅占全球总量的1%，钴资源十分短缺。在钴的资源方面，我国钴产量比锂资源更少，但却是钴消费大国，对外依存极高，供应链风险较大。资源存在不可持续风险2）在钴的开采过程中存在的问题近年来，锂钴等矿产品在行业内可谓“红得发紫”。随着世界争相用清洁能源替代化石燃料，提取锂和钴等电池成分带来的环境影响成为一个严峻的问题。当地

锂矿的有毒化学品泄漏对生态系统造成了严重破坏。随着当地采矿业活动的急剧增加，当地环境在不断恶化。并不“绿色”的锂矿在南美洲，最大的问题是水。该大陆的锂矿分布三角区覆盖了阿根廷、玻利维亚以及智利的部分地区。在当地的厚厚盐层之下，拥有世界上超过一半的锂金属矿藏。这里也是地球上最干燥、缺水的地方之一。这是一个真正的问题，矿工将富含矿物质的盐水泵出地表，然后矿场会让这种矿物质水蒸发几个月，首先制成锰，钾，硼砂和锂盐的混合物，然后将其过滤并放入另一个蒸发池中，依此循环往复。经过12到18个月的过滤之后，就可以从这种混合物中提取出碳酸锂。资源存在不可持续风险这种方法相对比较便宜和有效，但在整个过程中要使用大量的水。在智利的阿塔卡马省，采矿活动消耗了该地区65%的水。这对当地农民的生产活动产生了巨大的影响。即便在水资源丰富的地区也情况堪忧。锂矿的有毒化学品极有可能从蒸发池泄漏到供水系统中。这些有毒化学品包括用于将锂元素加工成可出售形式的盐酸，以及在每个阶段从盐水中过滤掉的那些废物。在澳大利亚和北美洲，通常使用更传统的方法从岩石中开采出锂元素，但仍然需要使用化学品才能提取出可用的锂。内华达州的研究发现，锂加工作业对鱼类的影响远至下游150英里。根据环保组织的报告，提取锂不可避免地会损害土壤并导致空气污染。2020年累计报废量或达20万吨

动力电池回收待破解据统计2017年中国新能源汽车累积销量达180万辆，2018年市场销量预计在100万辆左右。动力电池的使用年限一般是5～8年，从2019年开始，我国动力电池将进入大规模的报废期，到2020年，中国汽车动力电池每年的报废量预计将达到20万吨的规模，并且随着新能源汽车的发展和时间的推移，动力回收的压力会越来越大。由于回收企业收到的电池包括各种形态、尺寸、规格、封装形式，使得拆解时涉及到多种难题，企业很难实现大规模批量化拆解，动力电池回收利用面临难以大规模实现的现状。成本和盈利问题无疑是电池回收的主要障碍，回收工艺成本高，回收价值低，使得很多企业和资本望而却步，而且像负极、锰酸锂、磷酸铁锂系等正极材料本身价格就偏低，没有回收的经济推动力，很难保证动力电池的回收率以及资源和环保。所以，一定要开发出低能耗、环保的材料分解方法！题 目一、储能电池产业发展趋势二、动力电池回收再利用的重要性三、多级利用过程中遇到的困难四、如何解决动力电池的再利用难题？21退役动力电池在储能梯次利用的困难动力电池再利用有两个含义，即电池再次使用和材料回收再利用。动力电池在储能上梯次利用确实存在一些问题，目前有两种观点：观点1、从节约成本、绿色发展的角度，将在电动汽车上使用过的退役动力电池用于储能，可以体现出动力电池全生命周期的价值（如果不能实现低成本梯次利用，就没有价值！），也可以节约一些成本，并让锂离子电池真正做到“绿色”；观点2、从技术角度考虑，认为经过在电动汽车上动力系统中的使用，电芯性能已有很大改变，再用于储能系统，电芯性能方面会存在各种问题，而解决这些问题又会增加更多的成本投入。（事实如此！）1、低成本梯次利用困难重重动力电池理论上是可以回收梯次利用的，但是为什么到目前还没有成功的案例？问题出在了动力电池的产品结构和生产工艺设计上，许多企业为了提高电池组工作的可靠性，采用激光焊接工艺将电池串联起来，或者采用螺栓紧固方法。这样的连接结构造成动力电池梯次利用的难度，用户采用旧电池重新组装成电池组的成本过大，阻碍了动力电池的梯次利用。应该鼓励企业采用提高电池循环寿命的工艺，提高附加值。我们要为了实现动力电池回收梯次利用的目标，在动力电池产品结构设计上和生产工艺方面要进行大胆的改进，要方便电池组的拆和装，以及维修保养，通过自动化组装设备缩短电池组装的时间，为动力电池的低成本梯次利用提供可能性这里面包含：自动化组装、快速、电池位置调整、低电阻连接结构、长寿命、可维护保养、寿命预测、安全性、可靠性动力电池退役时，是整个pack从车上拆解下来的。不同的车型有不同的电池pack设计，其内外部结构设计，模组连接方式，工艺技术各不相同，这意味着很难用一套流水线进行所有的电池pack和内部模组的拆解。那么，在电池拆解方面，如何进行柔性化的配置，针对不同的电池pack，将拆解流水线进行分段细化，这就是一个需要解决的难题2、动力电池拆解技术难题待解决特斯拉电动车的动力电池系统结构国内有许多企业想学习特斯拉的电池系统结构，在学习的过程中都感觉到特斯拉的动力电池系统非常难以拆解。26下面这个新结构是电池组空间利用率比较高的典范。这与电芯的结构设计至关重要。但是在拆解过程中也是困难重重国内外软包装电池的组合与连接同样难拆各个企业开发的电池包题 目一、储能电池产业发展趋势二、动力电池回收再利用的重要性三、多级利用过程中遇到的困难四、如何解决动力电池的再利用难题？29客户需求30EPC公司电网装备公司车企设备商其他能源公司新能源发电储能客户高可靠性、标准化方案、可批量复制，关注成本。定制产品、干预产品研发，关注安全。履行电池回收责任，挖掘梯次电池剩余价值。寻求稳定合作商。移动式储能、小型储能、备用电源等。政策压力，调节性能好，标准化方案。定制标准化方案。产品应用集装箱式储能系统移动电源车梯次利用储能系统柜式储能系统集装箱式储能系统规格简介20ft~45ft功率125kVA~2MVA容量0.5MWh~2.5MWh电芯磷酸铁锂/三元锂系统效率≥90%电压范围±10%频率范围50Hz/60Hz±2.5Hz过载能力1.05THDi≦3%热管理主动热管理工作温度-20℃~50℃工作湿度0~95%海拔＜3000m系统寿命≥10年电网储能电站案例平高集团9.6MW/12MWh许昌平安变电站储能；深圳和顺5MW/11MWh潭头变电站储能系统；移动电源车电气参数种类电源车充电站能量200~300

kWh600~1200kWh功率180

KW360~480kW直流充电枪2~4枪4~8枪直流充电插座250A/750V*

2250A/750V*

2交流充放电接口250A/380V*

1250A/380V*

2车辆参数车型东风凯普特东风多利卡总重7.3t18t载重3.5t11.4t项目基本参数系统成组方式2P

96S额定放电电流1CA额定充电电流（A）0.5C

A@0-55℃额定功率30kW额定容量29.4kWh额定电量82Ah额定电压358V循环寿命>6000Cycles@90%DOD电池柜尺寸(宽x深x高)800x800x2200mm总重量350kg小型商用/户用柜式储能系统梯次利用储能系统多种类、多型号电芯衰减模型和特征参数数据库，保障快速制定梯次利用方案；电池全生命周期数据监测，完善的电池健康状况评估体系，提高梯次电池利用率；模块化、小功率储能单元设计，保障系统安全和稳定性；完善的梯次利用生态链，合理评估残值并制定再利用方案。（一）如何解决动力电池的回收再利用难题？综合利用

四大难题一是，尚未建立起共生共赢的产业链生态圈我国动力电池回收综合利用按照上下游产业链可分为三个层次：生产层、综合利用层和再生层，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，三个层次的协同性不足，信息数据未能共享。二是，综合利用盈利模式不成熟对于综合利用企业而言，在成本方面，综合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，以及综合利用技术刚刚起步等原因，需要投入大量的资金和人力，综合重组电池成本较高。在收入方面，目前我国综合利用的主要用户是中国铁塔公司，其在采购综合电池时一般会对标其经常采购使用的铅酸电池，给出的综合电池采购价较低。较高的成本和较低的采购价使得综合利用企业盈利空间不足，亟待探索新型盈利模式。三是，综合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。综合利用

四大难题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综合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方面，还亟待突破。四是，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综合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，综合电池重组及评价不规范，不利于电池规范化、规模化综合利用应对的方法第一，通过试点工程，构建我国动力电池综合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、综合利用企业、综合利用用户和再生冶炼企业六位一体的综合利用生态体系，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、可持续发展的回收和综合利用网络。三是搭建信息溯源平台构建从电池生产、使用、综合利用、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全部后台传输，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。应对的方法第二，加强对关键技术的研发与攻关一是成组整合技术。针对多级应用不同场景的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。二是储能系统并网技术研究。针对不同规模、大小的动力电池系统，研究降低储能系统对综合利用电池种类及电池一致性的依赖难题，提升退役电池的利用率。第三，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综合利用实施细则》，细化综合利用上下游相关主体的责任，加强动力电池多级利用行业准入门槛、信息溯源管理、综合电池管理、综合利用基金等相关标准体系建设（工信部已经发文）。二是技术标准。研究制定动力电池Pack拆解工艺规范，并对动力电池拆解后的分类、标签、存放、信息录入和追溯等相关工作提出明确规范，提供给国家主管部门。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，为动力电池综合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。应对的方法第四，创新综合应用盈利模式一是多元化开拓综合应用场景。在太阳能、风能等可再生能源并网、微电网、汽车充电储能、社区及公共建筑储能、数据中心备用电源等领域建设综合电池应用示范。二是打造租售并举的综合应用模式。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、长期使用的综合利用客户，以出售再利用电池为主；对于社区、景点、数据中心、医院、企业、离网系统等需求虽然强烈、但是资金预算不足的客户，则可借鉴合同能源管理的经验，采取租用、分期付款等方式。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、甚至提供贷款等方式吸引多级利用用户使用储能系统。第五，建议完善政策激励机制一是希望国家统筹现有资金专项，对动力电池回收利用体系的建设、动力电池综合利用技术的研发、动力电池综合利用示范项目等，给予一定的资金补贴，优先推荐申报国家节能环保、绿色制造等专项资金，对综合利用电池用户给予一定的财政补贴。二是积极探索建立综合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。基本特点：电池组的功率响应能力和环境适应能力要比较强，便于储能系统在不同的地方参与调峰和调频。电池组的循环寿命长，包括：不同温度环境下的使用寿命、大电流充电寿命和日历寿命！目标：1万次、15年电池组的安全性好，重点是防止过充和内部短路！目标：不爆炸、不着火！电池组的可靠性和稳定性高（不同温度下性能的接近性），低电阻连接，热管理合理，电池组内部电芯之间的温差小！电池可以梯次利用，寿命长、重复连接方便，在使用中便于维护和调整！电芯能够生产效率要高，还要方便回收分类分解，要采用高速分解的结构！目标：尽可能实现自动化分解和分类！

储能电池生产所需材料可以通过材料修复技术，重复使用，降低对资源的开采！储能电池系统有哪些基本特点呢？储能电池

一体化设计包含四个方面（一）储能电池需要与用户个性化需求进行一体化设计；（二）储能系统需要根据动力电池的特性（包括性能、结构、生产工艺）进行一体化设计；（三）“储能电池”需要为满足用户的使用要求，进行大批量、低成本、易实现自动化生产的一体化设计；（四）“储能电池”需要为实现低成本的多级利用、实现无能耗环保化的材料分解回收要求，按照符合循