詳解動(dòng)力鋰電池二次利用的現(xiàn)狀及技術(shù)趨勢(shì)

一、動(dòng)力鋰電池二次利用的現(xiàn)狀

隨著新能源汽車的推廣，動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)力鋰離子電池的性能狀況和國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，動(dòng)力鋰離子電池使用的時(shí)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(dòng)力鋰電池，2016年都基本達(dá)到了回收的時(shí)間。我們僅以當(dāng)年的鋰電池制造和報(bào)廢量來計(jì)算，以每瓦時(shí)二次利用售價(jià)僅為1元人民幣的保守價(jià)格，可以計(jì)算得出2016-2020年動(dòng)力鋰離子電池二次利用，將達(dá)到的市場份額。

以上計(jì)算僅為保守估計(jì)，其中2018、2019年的數(shù)據(jù)，根據(jù)2011-2015年的增長率推算。而實(shí)際上，2014-2015年以來，動(dòng)力鋰電池的增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2011-2014年，此增長趨勢(shì)預(yù)計(jì)會(huì)持續(xù)到2018年以后。2019年之后5年的報(bào)廢的動(dòng)力鋰離子電池，實(shí)際上遠(yuǎn)比我們測(cè)算的數(shù)字還要高。

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

二、動(dòng)力鋰電池二次利用的技術(shù)嘗試

動(dòng)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(shí)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(shí)候，電池的一致性很好，但是舊品二次利用的時(shí)候，一次性已經(jīng)沒有新品那么好，甚至一直相當(dāng)差，這對(duì)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(shí)候，會(huì)在很少的循環(huán)次數(shù)的時(shí)候，形成斷崖式下跌，因?yàn)閯?dòng)力鋰電池新品制造的時(shí)候，在工藝和性能設(shè)計(jì)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(xiàng)性能參數(shù)的持續(xù)參差不齊，在不同的點(diǎn)位上，降落很大，對(duì)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(dòng)力鋰電池和國產(chǎn)動(dòng)力鋰電池兩款的測(cè)試數(shù)據(jù)來看。

下圖是德國產(chǎn)某混動(dòng)車所用的動(dòng)力鋰電池，單體6.4安時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)下車，下車時(shí)候，測(cè)得剩余容量為5.1-5.2安時(shí)之間。測(cè)算測(cè)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(dòng)力電池，單體20安時(shí)。下車時(shí)候全部放電后充滿，測(cè)得剩余容量為11.2-11.8安時(shí)之間，測(cè)算測(cè)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(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)和后續(xù)維持的問題。

三、動(dòng)力鋰電池二次利用的技術(shù)路線

根據(jù)動(dòng)力鋰電池舊品的特性，我們結(jié)合需要二次利用的需求，對(duì)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(dòng)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(shí)候，能夠達(dá)到600次循環(huán)，能夠滿足一般的儲(chǔ)能的要求。

國產(chǎn)動(dòng)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(gè)小的平臺(tái)。說明后續(xù)通過技術(shù)改善，還有改進(jìn)的空間。

以上測(cè)試結(jié)果，均是在常溫實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，驗(yàn)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(shì)，發(fā)現(xiàn)一些動(dòng)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(huì)存在類似問題。

三、動(dòng)力鋰電池二次利用的技術(shù)選擇

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)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(dòng)力鋰電池二次利用的困難，提供一些技術(shù)思路。后續(xù)動(dòng)力鋰電池二次利用，建議技術(shù)方面在以下幾點(diǎn)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(dòng)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(dòng)力鋰電池二次利用的時(shí)候，各項(xiàng)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(gè)難度可能大一些，但是還是有希望可循。

通過以上動(dòng)力鋰電池二次利用的需求，我們建議再以下幾個(gè)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(dòng)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(cè)技術(shù)，尤其是動(dòng)力鋰電池二次利用時(shí)，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(cè)進(jìn)一步成為可能；三是動(dòng)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(jìn)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(dòng)力鋰電池的應(yīng)用量越來越大，動(dòng)力鋰電池的回收和二次利用也成為一個(gè)新的課題，擺在我們面前。從目前看，如果要獲得動(dòng)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。