詳解動力鋰電池二次利用的現狀及技術趨勢

一、動力鋰電池二次利用的現狀

隨著新能源汽車的推廣，動力電池爆發式增長。2014年底以來，由于新能源爆發式增長，國內動力鋰離子電池已經一電難求，產能遠遠不能滿足新能源車發展的需要。國內動力鋰離子電池產能近五年的增長情況見下表。

根據2011年以來動力鋰離子電池的性能狀況和國家標準規定，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年都基本達到了回收的時間。我們僅以當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，將達到的市場份額。

以上計算僅為保守估計，其中2018、2019年的數據，根據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遠高于2011-2014年，此增長趨勢預計會持續到2018年以后。2019年之后5年的報廢的動力鋰離子電池，實際上遠比我們測算的數字還要高。

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，其對鋰電的應用將呈現出爆發的態勢。未來二次利用的動力鋰電池，預計在照明儲能、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嘗試

動力鋰電池按照國家標準到了使用壽命，從新能源車上撤下來的時候，還有相當的容量。還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，在技術上還有一些障礙。一是新品應用的時候，電池的一致性很好，但是舊品二次利用的時候，一次性已經沒有新品那么好，甚至一直相當差，這對成組使用造成了很大障礙。二是電池的容量、電壓、內阻等在二次利用的時候，會在很少的循環次數的時候，形成斷崖式下跌，因為動力鋰電池新品制造的時候，在工藝和性能設計上，就只考慮了新品的產品標準要求的各參數性能，因此在新品使用后，在舊品二次利用階段，各項性能參數的持續參差不齊，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。我們通過國外產動力鋰電池和國產動力鋰電池兩款的測試數據來看。

下圖是德國產某混動車所用的動力鋰電池，單體6.4安時，按照標準下車，下車時候，測得剩余容量為5.1-5.2安時之間。測算測試循環次數后所余容量如下表：

根據以上容量，形成曲線如下：

從以上曲線可以明顯看到，循環次數在短短100次以后，就開始形成斷崖式下跌。

下面是國內一家知名鋰電企業產硬殼方形動力電池，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，測算測試循環次數后所余容量如下表：

根據以上數據，形成曲線如下：

以看到，容量基本上是斷崖式下跌，循環過半后，已經放不出電來了。

綜合以上情況，動力鋰電池二次利用，還面臨著性能和技術的障礙甚至是瓶頸。如果實現二次利用，不但要解決一致性問題，還需要解決容量、電壓、內阻等正常實現和后續維持的問題。

三、動力鋰電池二次利用的技術路線

根據動力鋰電池舊品的特性，我們結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：

根據以上數據，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，能夠達到600次循環，能夠滿足一般的儲能的要求。

國產動力鋰電池：

根據以上數據，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。說明后續通過技術改善，還有改進的空間。

以上測試結果，均是在常溫實驗室內進行，驗證與結論均為少數案例，可能還不代表普遍性。但是我們能夠從中看到一種趨勢，發現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選擇

根據以上實驗結論，雖然還不能確定代表普遍現象，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，提供一些技術思路。后續動力鋰電池二次利用，建議技術方面在以下幾點多加關注。

一是穩定和持續電池性能方面，需要保持舊動力鋰電池剩余容量、電壓、內阻等在后續使用中穩定變化，并在日常使用中保持穩定，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，各項參數指標的一直性較好，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開發力度。一是新的化成分容技術，保證舊動力鋰電池容量電壓內阻等穩定變化；二是電池后續變化的預測技術，尤其是動力鋰電池二次利用時，已經有了一次利用的使用情況，甚至大量數據作為支持，使得后續使用情況的預測進一步成為可能；三是動力鋰電池性能的修復技術，即在二次利用的剩余容量前提下，尋找能夠進一步回復和提升電池容量等性能的技術。

隨著新能源車的推廣，動力鋰電池的應用量越來越大，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，必須開發一系列新技術，才能達到我們期望。