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动力锂电池梯级利用:检测技术与回收方式同等

作者:admin    来源:未知    发布时间:2021-01-18 09:50    浏览量:
  《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》(以下简称《规划》)公开发布时,《新能源汽车动力蓄电池梯次利用管理办法》处于征求意见阶段。

  《规划》提出“推动动力锂离子电池整个价值链的发展”,如完善动力锂离子电池多层次多用途回收体系,加强全生命周期监管等。《征求意见稿》提出的措施更为具体,即鼓励梯队利用公司开发生产适用于基站电源备份、储能、充电和更换等领域的梯队产品。

  在此之前,业界对动力锂离子电池的级联利用一直存在争议。争议的焦点是用在哪里,怎么用,最后能不能用。

  "并非所有动力锂离子电池都适合串联使用。"中国南方电网研究所研究员雷波认为。北京柯胜能源科技有限公司创始人褚于正更关心的是退役动力锂离子电池在整个生命周期中处于何种状态,如何对其进行综合评价。

  《我国科学报》在采访中了解到,随着新能源汽车在国内的迅速普及,按照动力锂离子电池使用寿命为5~10年的计算,新能源汽车的大量动力锂离子电池将陆续退役。然而,动力锂离子电池运行数据的缺乏、检测技术的有限和相关标准的缺乏成为其级联利用的障碍,制约了行业的大规模发展。

  电池退役即将到来

  据公安部统计,截至2019年底,我国新能源汽车数量达到381万辆,比2018年增加120万辆,增长46.05%。

  根据《规划》,从2021年起,在国家生态文明实验区和重点大气污染防治区增加或更新公共交通、租赁、物流配送等公共交通工具,新能源汽车比例不低于80%;到2035年,纯电动汽车将成为新销售车辆的主流,公共领域的车辆将全面电气化。

  电池是电动汽车的核心部件之一。但由于动力锂离子电池的寿命一般为5 ~ 8年,随着电动汽车数量的增加,会增加退役电池。

  随着动力锂离子电池使用时间的增加,剩余容量会越来越低。当剩余容量约为初始容量的80%时,动力锂离子电池将达不到电动汽车续航里程的要求,将退役。但是,还是有使用价值的。经过测试和整理,仍可用于对电池能量密度要求不高的行业,如基站电源备份、储能等。这不仅可以减少资源浪费和环境污染,而且具有一定的经济价值。

  动力锂离子电池的梯级利用已经成为业界共识。如果将2014年视为中国电动汽车数量增加的第一年,“今年是第六年,已经进入第一波动力锂离子电池退役高峰”。据褚于正介绍,2019年的数据显示,约有12.4亿瓦时功率的锂离子电池退役,其中约3/4是磷酸铁锂离子电池。近年来,动力锂离子电池的级联利用场景比较清晰,基本都是通信基站、电网储能、低速车辆等的备用电源。

  比如中国铁塔公司使用退役的磷酸铁锂电池作为通信基站的备用电源,已经成为动力锂离子电池梯级利用发展最快的应用场景之一。目前,中国约有12万个基站使用退役电池,总容量约为1.5亿瓦时。这些电池对于取代原来的铅酸电池很重要。

  据专家估计,如果将现有的通信基站全部更换,大约可以容纳200万节电动车退役电池。根据中国环保联合会近日发布的报告,2025年,电动汽车阶梯电池的功率将达到32亿瓦时,可以覆盖全国5G通信基站的待机功率需求。

  筛选和评估很困难

  然而,尽管市场前景广阔,但动力锂离子电池的梯级利用仍以试点示范项目为主,无法大规模商业化。

  2018年,中国南方电网研究院率先承担国家重点R&D计划“级联利用动力锂离子电池大规模工程应用关键技术”。“我们在项目实施过程中遇到的最大困难之一是,在市场上获得的退役电池存在严重的违规行为。”雷博承认,即使在2016年之后,国家也对动力锂离子电池的规格、尺寸和代码做出了统一要求,“但整体可用性不够高”。

  此外,动力锂离子电池在车辆中的使用差异很大。退役后,他们还面临着不同程度的安全风险,如电池一致性差、充放电速率有限、速率过高,容易导致热失控。

  在楚于正看来,退役动力锂离子电池的测试、运行和维护可以解决上述大部分问题。

  “我们去了很多场景。退役动力锂离子电池的现场检查时间非常高,只有四五个小时甚至30分钟到一个小时,所以需要快速了解电池的相关信息。这时候怎么办,怎么测试,测什么数据?”楚于正说道。

  比如需要快速评估电池的电流容量、内阻等参数,是否存在安全隐患,预测电池在梯级利用过程中的衰减趋势。

  为此,清华大学楚于正团队总结出四点,即基本信息、健康状况、一致性状况和安全状况。“前三个是评价项,最后一个是拒绝项。然而,行业并没有做好安全状态评估。很多检测中心基本没有这个项目,未来应用的风险还是比较大的。”

  “筛选和评估仍然是目前使用动力锂离子电池的难点。”中国能源研究协会储能专业委员会副主任赖小康坦言,行业需要一个标准的程序来判断退役的动力锂离子电池是否、如何、在哪里可以使用。回收模式也至关重要

  雷博认为,为了更好地利用动力锂离子电池,有必要加快信息追溯管理平台的建设,将现有的电池生产、电网和电动汽车公司正在建设的平台连接起来,实现数据联动。

  然而,另一个问题是不可避免的,那就是知识产权。根据征求意见稿,梯队利用公司在从事废旧动力电池梯队利用活动时,应根据国家相关法律法规的要求,与新能源汽车和动力电池生产公司协调解决知识产权相关问题。

  这一规定本身其实是合理的,可以有效防止知识产权纠纷,但在执行层面却非常困难。

  专家表示,车辆公司和动力锂离子电池生产公司一般不向梯队使用公司提供相关信息,从知识产权授权到核心技术保密,很多环节都存在诸多障碍。因此,“仅靠这一条款很难解决知识产权问题,至少需要明确相关技术产品的授权和保密”。

  除了提高检测技术水平和数据联动外,退役动力锂离子电池的回收模式也很重要。

  中国绿色供应链联盟电池委员会副秘书长杨庆育表示,在国外,无论是租金、押金模式还是公司支付模式,核心原则都是谁使用谁承担回收的最终责任。“在国内,国家鼓励人们使用各种政策的新能源汽车,以降低用户成本。但从回收利用的角度来看,这是矛盾的。”

  以磷酸铁锂离子电池为例,其剩余寿命和衰减曲线适合级联利用。杨庆育表示,如何让公司愿意回收并进行梯级利用是一个政策考虑。(来源:中国科学杂志/作者:秦志伟)

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