电动汽车

大批电动汽车动力电池面临“退役” 废旧动力电池去哪儿了?

2020-08-19 11:07:54 电联新媒

2013年11月26日,财政部、科技部、工业和信息化部、发展改革委,四部委组织专家对各地申报的新能源汽车推广应用方案进行了审核评估,确认28个城市或区域为第一批新能源汽车推广应用城市。按照动力电池容量衰减的周期来算,2020年开始,第一批新能源汽车推广应用的城市或区域将会有大批电动汽车动力电池“退役”,动力电池回收发展将遇窗口期。

(来源:微信公众号:电联新媒  ID:gh_c550b6404510)

一、废弃动力电池的潜在危险

动力蓄电池大量退役后,未经妥善的处置和进行价值最大化利用,将威胁公共安全,造成难以逆转的环境污染,并浪费宝贵的有价金属资源。

从安全层面来看,废旧动力蓄电池处置不当存在一定安全隐患。一是触电隐患。新能源汽车的动力蓄电池额定电压较高,人员在缺乏防护措施情况下接触易造成触电事故。二是燃爆隐患。电池在出现内部或外部短路情况下,正负极会产生大电流导致高热,引起正负极燃烧。三是腐蚀隐患。电解液为有机易挥发性液体,与空气中水分反应产生白色有腐蚀性和刺激性的氟化氢烟雾。

从环境层面来看,废旧动力蓄电池对生态环境和人身健康均有威胁。一是重金属污染。电池正极材料中含镍、钴等重金属,不经专业回收处理会造成重金属污染。二是电解液污染。电解液溶质 LiPF6 属有毒物质且易潮解,会造成氟污染,溶剂会造成水污染。

从资源层面来看,镍氢、锂离子动力蓄电池因正极材料不同,分别含有锂、镍、钴、锰及稀土等金属,动力蓄电池产业对于锂、镍、钴等资源需求旺盛。随着动力蓄电池累计配套量的不断增加,电池中这些资源如未有效回收利用,将直接造成资源的极大浪费。

二、废旧动力电池可以应用在哪些地方?

目前废旧动力电池回收利用主要有两条路:

第一条路是原料回收。从技术角度来讲,目前废旧动力电池的回收再生利用技术已经相当成熟:首先彻底放电,然后对电池进行拆解,分离出正极、负极、电解液和隔膜等各组成部分。再对电极材料进行碱浸出、酸浸出、除杂后进行萃取以实现有价金属的富集,其元素回收率接近100%。

第二条路是废旧电池梯次利用。废旧电池容量衰减,但依旧有一定储能能力,生命周期尚未结束,还可以把它应用在储能市场、轻型电动车、备用电池等方面。目前国外很多车企和机构在探索,比如将它们用作家庭或商用建筑的备用电源。即在白天利用太阳能充电,晚上利用波谷电价充电,将电力储存在电池中供白天或应急使用。通用汽车曾有这样的做法,以5组雪佛兰Volt的废旧电池制造一个家庭备用电源,充满电后可以供3-5个美国普通家庭在断电后连续使用2小时。

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之前特斯拉也进行过将废旧电池重新利用的探索,但这种模式对于美国很多地广人稀,分散居住的独栋房子有一定适用场景。对于居住在城市中的人来说,应用场景不多,所以也就出现了一些将废旧电池集中起来,作为一个储电平台的商业机构,将他们收集的电能供给自己电网中的居民。

三、国内废旧动力电池回收利用状况

为推动废旧电池的回收利用,工信部于2018年7月发布了《新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》,并于8月1日起正式施行。这次的“溯源管理”的主要内容,是规范动力电池的生产、销售、报废、回收、利用等全过程的信息采集,对各环节主体履行回收利用责任情况实施监测。

近年来,包括车企、动力电池企业、材料企业以及第三方企业都在积极构建以各自板块为核心的新能源汽车全生命价值闭环体系,探索动力电池循环回收的产业先进经验,推动技术及工艺的发展,构建行之有效可持续发展的商业模式。

1、北汽新能源“擎天柱计划”结合换电模式做光储电站

当电池的容量衰减到额定容量的70%以下的时候,已经不再适用于新能源汽车,但是电池的内部化学成分并没有改变,而且还能储存部分电量。那么用这些电池作为储能电池。就非常不错。

目前的换电站采用“换电+储能+光伏”的智能微网系统,由退役电池回收而来的储能设备,利用光伏发电、国家电网峰谷电等为车辆供电。这种布局的优势主要在于车、电分离,可以随时随地由运营商进行电池的维护保养、体检、回收、再利用、更新。

根据北汽新能源的“擎天柱计划”计划,到2022年将投资100亿元人民币,在全国范围内建成3000座光储换电站,梯次储能电池利用超过5Gwh,相当于1.5万辆电动汽车的电池量。

2、比亚迪自主打造电池回收闭环

比亚迪是目前所有新能源乘用车企中唯一自研自产电池的企业,回收利用也基本都是自己一手操办。其电池回收渠道主要靠授权经销商,当有客户要求或报废车辆需要更换动力电池时,经销商会将动力电池从车体中取出,运送到比亚迪电池工厂进行初步检测。

如果回收的电池可以继续利用,再经过下一道检测修复,未来继续应用在家庭储能或基站备用电源等领域。如果电池不能再利用,再运送到比亚迪电池材料工厂的相关部门进行拆解回收。相对来说,比亚迪在国内新能源车企中拥有最完整的电池回收链条。

3、车企与中国铁塔定向结盟回收

目前国内最大规模的动力电池回收利用合作要属16家企业和中国铁塔的结盟。2018年1月,长安、银隆新能源等16家整车及电池企业与动力电池回收利用大户中国铁塔公司达成合作。

中国铁塔自2015年开始建设退役电池梯次利用试验站点,涵盖备电、削峰填谷、微电网等各种使用工况。退役动力电池在通信基站的梯次利用大有前景,中国铁塔对储能电池需求总量约146GWh,存量站更换及新建储电站每年共需要电池约25GWh,仅从数量分析,只要铁塔通信基站储能电池更换及新建站全部采用梯次利用的动力电池,即可吸纳2020年80%以上的废旧动力电池。

4、特斯拉等国外参考案例

与国内相比,国外电池回收利用项目大多数以整车厂为主导,集中在中小型的家储、工商业储能或者小型的微网领域。例如日产汽车与住友于2010年合资成立4R Energy能源公司,对日产聆风电动汽车的废弃电池实施梯级利用,开发家用和商用储能产品。

其他类似项目还包括:2017年奔驰与回收公司合作,将smart的退役电池梯次利用到电网服务储能设施领域。博世集团、宝马和瓦滕福公司于2015年利用宝马纯电动汽车退役的电池,在柏林建造了大型光伏电站储能系统。通用公司与ABB合作将退役的雪佛兰电池梯级利用于家庭和小型商用备用电源,以及用在可再生能源发电的削峰填谷等。

特斯拉的方式则有差异性,从旗下高管设立电池回收公司的行为和言论来看,特斯拉更倾向于对退役动力电池采用直接拆解回收原材料的方式。特斯拉本身有储能产品业务,用的是超级电池工厂(Gigafactory)新生产的电池。特斯拉还有电池拆解回收的规划和设备产线,新建一个独立于特斯拉品牌存在的电池回收项目,除了给特斯拉业务做补充之外,不排除以后面向全行业拆解回收电池的可能。

虽然目前国内动力电池回收产业方兴未艾,但必须正视的是,动力电池循环回收行业仍然面临回收网络健全、回收循环等关键共性技术突破、商业模式创新等一系列商业难题,整体产业仍处于初期发展阶段。相信随着政策和制度的逐渐完善,废旧电池的回收再利用肯定有非常大的前景。


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