詳解動力鋰電池二次利用的現(xiàn)狀及技術(shù)趨勢

一、動力鋰電池二次利用的現(xiàn)狀

隨著新能源汽車的推廣，動力電池爆發(fā)式增長。2014年底以來，由于新能源爆發(fā)式增長，國內(nèi)動力鋰離子電池已經(jīng)一電難求，產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足新能源車發(fā)展的需要。國內(nèi)動力鋰離子電池產(chǎn)能近五年的增長情況見下表。

根據(jù)2011年以來動力鋰離子電池的性能狀況和國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，動力鋰離子電池使用的時間大約在3-5年，也就是說，2013年以及以前制造投入使用的動力鋰電池，2016年都基本達(dá)到了回收的時間。我們僅以當(dāng)年的鋰電池制造和報廢量來計算，以每瓦時二次利用售價僅為1元人民幣的保守價格，可以計算得出2016-2020年動力鋰離子電池二次利用，將達(dá)到的市場份額。

以上計算僅為保守估計，其中2018、2019年的數(shù)據(jù)，根據(jù)2011-2015年的增長率推算。而實際上，2014-2015年以來，動力鋰電池的增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2011-2014年，此增長趨勢預(yù)計會持續(xù)到2018年以后。2019年之后5年的報廢的動力鋰離子電池，實際上遠(yuǎn)比我們測算的數(shù)字還要高。

動力鋰電池二次利用的市場空間。目前電動自行車使用鋰電池還不足10%，未來使用鋰電將是一個大趨勢。路燈儲能、微型分布式能源將越來越深入人們的生活，其對鋰電的應(yīng)用將呈現(xiàn)出爆發(fā)的態(tài)勢。未來二次利用的動力鋰電池，預(yù)計在照明儲能、市政亮化工程、分布式能源、微動力等方面會有大量使用。排除個別用戶不喜歡用舊品的用戶偏好，動力鋰電池二次利用的市場空間，至少在每年800億人民。

二、動力鋰電池二次利用的技術(shù)嘗試

動力鋰電池按照國家標(biāo)準(zhǔn)到了使用壽命，從新能源車上撤下來的時候，還有相當(dāng)?shù)娜萘俊＿€有較為寬泛的使用空間。但是并不是像很多人想象的那樣，可以組合起來就用，在技術(shù)上還有一些障礙。一是新品應(yīng)用的時候，電池的一致性很好，但是舊品二次利用的時候，一次性已經(jīng)沒有新品那么好，甚至一直相當(dāng)差，這對成組使用造成了很大障礙。二是電池的容量、電壓、內(nèi)阻等在二次利用的時候，會在很少的循環(huán)次數(shù)的時候，形成斷崖式下跌，因為動力鋰電池新品制造的時候，在工藝和性能設(shè)計上，就只考慮了新品的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求的各參數(shù)性能，因此在新品使用后，在舊品二次利用階段，各項性能參數(shù)的持續(xù)參差不齊，在不同的點位上，降落很大，對后期使用造成極大困難。

我們以容量為例。我們通過國外產(chǎn)動力鋰電池和國產(chǎn)動力鋰電池兩款的測試數(shù)據(jù)來看。

下圖是德國產(chǎn)某混動車所用的動力鋰電池，單體6.4安時，按照標(biāo)準(zhǔn)下車，下車時候，測得剩余容量為5.1-5.2安時之間。測算測試循環(huán)次數(shù)后所余容量如下表：

根據(jù)以上容量，形成曲線如下：

從以上曲線可以明顯看到，循環(huán)次數(shù)在短短100次以后，就開始形成斷崖式下跌。

下面是國內(nèi)一家知名鋰電企業(yè)產(chǎn)硬殼方形動力電池，單體20安時。下車時候全部放電后充滿，測得剩余容量為11.2-11.8安時之間，測算測試循環(huán)次數(shù)后所余容量如下表：

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，形成曲線如下：

以看到，容量基本上是斷崖式下跌，循環(huán)過半后，已經(jīng)放不出電來了。

綜合以上情況，動力鋰電池二次利用，還面臨著性能和技術(shù)的障礙甚至是瓶頸。如果實現(xiàn)二次利用，不但要解決一致性問題，還需要解決容量、電壓、內(nèi)阻等正常實現(xiàn)和后續(xù)維持的問題。

三、動力鋰電池二次利用的技術(shù)路線

根據(jù)動力鋰電池舊品的特性，我們結(jié)合需要二次利用的需求，對上述兩款電池做了一些嘗試。通過不同的電壓刺激和二次化成分容，其中較好的情況如下：

德國動力鋰電池：

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，形成以下曲線：

可見修正后容量有較好的改善，甚至是80%容量時候，能夠達(dá)到600次循環(huán)，能夠滿足一般的儲能的要求。

國產(chǎn)動力鋰電池：

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，形成以下曲線：

可以看到斷崖式下跌有較大緩解，甚至在后期中段還形成了一個小的平臺。說明后續(xù)通過技術(shù)改善，還有改進的空間。

以上測試結(jié)果，均是在常溫實驗室內(nèi)進行，驗證與結(jié)論均為少數(shù)案例，可能還不代表普遍性。但是我們能夠從中看到一種趨勢，發(fā)現(xiàn)一些動力電池二次利用存在的困難。有的電池可能形不成斷崖式下跌，而是一種緩式下跌，但是后續(xù)使用過程都會存在類似問題。

三、動力鋰電池二次利用的技術(shù)選擇

根據(jù)以上實驗結(jié)論，雖然還不能確定代表普遍現(xiàn)象，但是可以窺見端倪。可以為我們解決動力鋰電池二次利用的困難，提供一些技術(shù)思路。后續(xù)動力鋰電池二次利用，建議技術(shù)方面在以下幾點多加關(guān)注。

一是穩(wěn)定和持續(xù)電池性能方面，需要保持舊動力鋰電池剩余容量、電壓、內(nèi)阻等在后續(xù)使用中穩(wěn)定變化，并在日常使用中保持穩(wěn)定，避免為用戶帶來麻煩；二是在電池一致性方面，需要保持就動力鋰電池二次利用的時候，各項參數(shù)指標(biāo)的一直性較好，保證成組使用的配組率；三是提升電池性能方面，要盡可能提升就電池的性能，這個難度可能大一些，但是還是有希望可循。

通過以上動力鋰電池二次利用的需求，我們建議再以下幾個方面加大技術(shù)開發(fā)力度。一是新的化成分容技術(shù)，保證舊動力鋰電池容量電壓內(nèi)阻等穩(wěn)定變化；二是電池后續(xù)變化的預(yù)測技術(shù)，尤其是動力鋰電池二次利用時，已經(jīng)有了一次利用的使用情況，甚至大量數(shù)據(jù)作為支持，使得后續(xù)使用情況的預(yù)測進一步成為可能；三是動力鋰電池性能的修復(fù)技術(shù)，即在二次利用的剩余容量前提下，尋找能夠進一步回復(fù)和提升電池容量等性能的技術(shù)。

隨著新能源車的推廣，動力鋰電池的應(yīng)用量越來越大，動力鋰電池的回收和二次利用也成為一個新的課題，擺在我們面前。從目前看，如果要獲得動力鋰電池的高效利用，我們還面臨著一些障礙，必須開發(fā)一系列新技術(shù)，才能達(dá)到我們期望。