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退役动力电池梯次利用还有多远?

2020-03-11 15:37540北极星储能网
      中国综合能源服务网: 近日,福建工信局、发改委等九部门联合印发《福建省开展新能源汽车动力蓄电池回收利用体系建设实施方案(2020-2022年)》。拟以宁德时代、中国铁塔、科华恒盛等一批企业为示范试点,开展动力电池回收梯次利用项目应用。

根据工信部此前发布的通知,确定京津冀地区、山西省、上海市、江苏省、浙江省、安徽省、江西省、河南省、湖北省、湖南省、广东省、广西壮族自治区、四川省、甘肃省、青海省、宁波市、厦门市及中国铁塔股份有限公司为试点地区和企业。

北极星储能网统计,全国已有九个省市地区发布了动力电池回收梯次利用相关政策,并有150多家企业被选择为示范试点企业,率先开展相关研究应用及商业模式探索。

表1:动力蓄电池回收梯次利用政策

表2:动力电池回收梯次利用试点项目

表3:动力电池回收梯次利用试点企业

梯次利用商业化推广到底还有多远?来小康在《关于动力电池梯次利用的一些思考》文中指出:对于梯次利用电池,必须不断降低其状态评估、分选重组、系统集成等再制造过程的成本,同时在梯次利用阶段有良好的寿命特性,这样才能与新电池在经济性上具有竞争力。而若明确梯次利用的成本,则需健全电池梯次利用和回收以及相关市场机制的政策法规支持。

随着电动汽车的使用,动力电池性能逐渐下降,当其不能满足电动汽车使用要求时,就要从电动汽车上退役下来;随着电动汽车销量的快速增长,未来几年动力电池的退役量也将快速增加, 2020年动力电池退役量将达20GWh,2025年超过90GWh。

在退役动力电池中,很多还具有较高的剩余容量(额定容量的70-80%),这些电池经过重新的诊断、分选和重组后,有可能应用于使用工况更加温和的场景(低速电动车、电网储能、基站备用等),实现动力电池的梯次利用。动力电池的梯次利用,可以让其性能得到充分的发挥,提升动力电池的全寿命周期价值。

尽管梯次利用看上去有很好的商业模式,但业内对此有着较为对立的评价,一种观点认为退役动力电池一致性差、剩余寿命短、安全风险高,不具备梯次利用的价值,应直接进行回收处理;另一种相对立的观点则认为对于退役动力电池,大多数可进行梯次利用,甚至认为将是电力储能的主力。

一、退役电池能否梯次利用的判断准则

动力电池经过长期车载使用后,退役时电池性能明显衰退,存在较高安全风险且剩余价值不明确,因此,在梯次利用前首先要判断哪些退役动力电池可以梯次利用。笔者认为针对退役动力电池能否梯次利用应该主要从两个方面来进行判断,一是退役动力电池是否能安全的梯次利用,二是该电池的梯次利用是否具有经济价值。

1.1 退役动力电池梯次利用的安全性

电池安全性是其工程应用中最重要的关注点,目前电化学储能和电动汽车采用的基本都是锂离子电池,这种电池以有机物为溶剂,即使是新电池,也可能由于制造过程的缺陷或使用不当而发生安全事故。对于退役动力电池,由于其内部枝晶生长、电解液消耗、晶体结构变化、界面阻抗增加等原因,其发生安全事故的风险变大;同时电池在电动汽车阶段的使用环境、工况不同,电池的容量保持率也不一致,这就造成退役动力电池安全事故的诱发因素和薄弱环节与新电池存在差异,使退役动力电池的安全性评估变得更加复杂。

目前针对退役动力电池安全性评估尚无成熟标准化的方法,通常按照以下步骤来进行:首先对电池的外观进行检测,观察是否存在极耳断裂、鼓胀等物理缺陷;然后针对无明显物理缺陷的电池,依据动力或储能电池相关标准,抽样分析电池在极限条件下的状态;最后对不同状态的退役电池,抽样分析其自产热起始温度、热失控引发温度等特性。

现有方法虽然可以剔除一些具有明显安全问题的电池(如鼓胀电池),但不能有效识别电池内部的安全隐患,同时抽样检测的比例也不好确定,比例过小不能准确反映整批次电池的安全状态,而比例过大使退役动力电池安全性评估的成本大幅度增加。

退役电池在梯次利用过程中因其内部状态继续劣化,其安全隐患也在持续增加,因此,对于退役动力电池的安全性评估,不能只关注电池当前的安全状态,还应兼顾在梯次利用过程中电池安全状态的变化。

1.2 退役动力电池梯次利用的经济性分析

动力电池梯次利用的经济性分析应采用替代法,即采用退役动力电池替代铅酸电池或新的锂离子电池后,其净收益是否有所增加,其中净收益指梯次利用过程中的收益减去整个梯次利用过程中的成本。

1.2.1 梯次利用成本分析

梯次利用的成本主要包括电池采购成本、运输和储存成本、拆解成本、状态诊断成本、重组成本、运行维护成本、电池再回收成本等[7-8];

(1)电池采购成本;受多种因素的影响,如电池退役的剩余残值、退役动力电池的市场供应量、国家的相关政策等,目前没有统一的定价机制。

(2)运输和贮存成本。退役动力电池回收、运送至电池梯次利用检测、重组中心的运输和贮存费用。

(3)电池拆解成本:不同应用场景下的电池容量和电压等级不同,同时部分退役动力电池中一致性较差,因此需要对电池进行拆解所产生的费用。

(4)状态诊断成本:电池容量、内阻、寿命等参数测试费用,设备折旧费用,场地费用等。

(5)重组成本:电池箱体、电池管理系统、连接线、变流器、电池防护、消防器材等成本。

(6)运行维护成本:包括梯次利用电池系统运行期间的维护,检修、更换故障部件等。

(7)电池再回收成本。梯次利用后需要对废旧动力电池交由专业结构进行回收处理,目前磷酸铁锂电池回收价值较低,可能还需要支出一定的回收处理费用;三元电池由于含有贵金属,具有较高的回收价值,可以从回收环节中获利。

目前梯次利用过程的成本存在较大的不确定性,主要体现在以下几个方面:电池采购成本受市场、政策、剩余容量和寿命等多种因素影响,价格相差较大;退役电池的成组方式不同、性能差异程度不一样造成在拆解环节的成本各不相同;受历史数据的完整程度、性能诊断方式等因素影响,在电池状态诊断环节的成本也会有所差异;由于电池之间的差异度不同、应用场景不同、管理策略不同等原因,造成退役电池的重组成本也不相同;最后,针对梯次利用电池储能系统的高效运维技术缺失,系统的运维成本不确定。

因此,要明确梯次利用过程的成本,需健全电池梯次利用和回收的相关政策法规,构建完善的电池历史数据体系,突破电池状态诊断和寿命预测、高效重组和运维等关键技术,建立退役电池采购以及梯次利用后再回收市场机制。

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