袁博

（河南省社會科學院工業(yè)經(jīng)濟研究所，鄭州 450000）

主題詞：動力電池 報廢 回收 對策

1 動力電池相關概念綜述

1.1 動力電池概念

動力電池是為交通工具提供動力來源的一種特殊電池，這些交通工具包括電動汽車、電動列車、電動自行車、高爾夫球車。動力電池是以電力為主要驅動方式的交通工具的動力來源，為交通工具提供持續(xù)行駛的能源，目前常見的動力電池主要有鉛酸電池、堿性電池、鋰離子電池、燃料電池等。

1.2 汽車動力電池的發(fā)展歷史

第一輛實際制造出來的電動車是由美國人安德森在1832到1839年之間發(fā)明的。這輛電動車所用的蓄電池比較簡單，是不可再充電的。1899年，德國人波爾舍發(fā)明了一臺輪轂電動機，以替代當時在汽車上普遍使用的鏈條傳動。隨后開發(fā)了Lohner-Porsche電動車，該車采用鉛酸蓄電池作為動力源，由前輪內的輪轂電動機直接驅動[1]。

此后，由于內燃機技術和石油開采技術的迅速發(fā)展，汽油逐漸占據(jù)汽車動力來源的主導地位，動力電池逐步被邊緣化，后來只是作為汽車電氣系統(tǒng)的蓄電池保留下來，但由于電氣系統(tǒng)的能量消耗較小，當時的電池容量足以應對，加之內燃機在汽車動力來源地位的穩(wěn)固，導致相關技術長期停滯不前，直到1990年，通用汽車公司終于率先實現(xiàn)了技術上的突破，推出了EV1純電動汽車，再一次開啟了新能源汽車的新時代，EV1采用了32塊鉛酸電池作為主能源，一次充電可以行駛144 km，此后動力電池產業(yè)重新開始快速發(fā)展。

1991年，日本索尼（SONY）開發(fā)出了商業(yè)化的鋰離子電池，1995年，豐田將鎳氫電池應用在普銳斯（PRIUS）混合動力車型上，在此建立了鋰離子電池在汽車上廣泛應用的愿景，從此全球汽車工業(yè)開啟了不懈的探究與嘗試[1]。經(jīng)過近20年的發(fā)展，鋰離子電池已經(jīng)成為電動汽車的主要動力來源，并出現(xiàn)了不同的技術路線，包括鉛酸鋰電池、鉛酸鐵鋰電池、磷酸鐵鋰電池、磷酸錳鐵鋰電池等種類，適合不同的電動汽車使用。

與此同時，動力電池的另一重要組成部分—燃料電池也取得了長足的發(fā)展，2013年2月現(xiàn)代ix35 FCV于韓國蔚山工廠正式下線，成為世界上第一輛量產版氫燃料電池汽車，其后的數(shù)年，燃料電池技術快速發(fā)展，目前已經(jīng)有相當數(shù)量的燃料電池汽車量產和投放市場。

1.3 動力電池行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

2018年全球動力電池總出貨量為92.5 GW?h，同比增長45.8%，其中寧德時代以21.3 GW?h的出貨量排名第一，成為全球最大的動力電池企業(yè)，之后依次是松下、比亞迪、LG化學、AESC、三星SDI、國軒高科、力神、孚能和比克，排名前十的企業(yè)市場占有率達到88.7%，其中中國動力電池企業(yè)達到7家，韓國企業(yè)為2家，日本企業(yè)1家，中日韓三國幾乎壟斷了全球動力電池市場，牢牢占據(jù)動力電池的主力地位。

全球動力電池產業(yè)蓬勃發(fā)展的同時也呈現(xiàn)出一些新的特點。

1.3.1 電池類型日漸多樣化

早期的動力電池類型比較單一，主要以鉛酸蓄電池為主，隨著電池材料的豐富和技術的進步，逐漸出現(xiàn)了鋰電池、燃料電池等新型電池，同時鉛酸電池仍然被保留了下來，如今已經(jīng)發(fā)展出鉛酸鋰電池、三元鋰電池、鉛酸鐵鋰電池、磷酸鐵鋰電池、磷酸錳鐵鋰電池、燃料電池等不同種類，滿足不同價位和用途的電動汽車使用，隨著材料的進一步豐富和技術的進一步發(fā)展，今后的動力電池種類會更加多樣化。

1.3.2 技術革新速度加快

動力電池產業(yè)在1990年之前的100多年的歷史中發(fā)展緩慢，在燃油車成為汽車主導之后更是停滯不前，技術上幾乎沒有任何發(fā)展，在上世紀九十年代鋰離子電池誕生之后，動力電池產業(yè)再一次找到了新的突破口，經(jīng)過20多年的發(fā)展，目前動力電池的安全性、續(xù)航、加速等方面的技術水平已經(jīng)基本可以滿足日常的商用和家用場景，同時還在這些方面不斷地提升，此外，動力電池產業(yè)在快速地進行技術革新，如固態(tài)電池、燃料電池、無線充電都是近幾年新的技術路線和趨勢，在可預見的未來，動力電池的技術會持續(xù)不斷地快速發(fā)展。

1.3.3 發(fā)展過程中問題頻現(xiàn)

動力電池產業(yè)發(fā)展歷程雖然貫穿了整個汽車產業(yè)的發(fā)展史，但是真正快速發(fā)展的時期是在最近20年，相比于發(fā)展已經(jīng)十分成熟的內燃機，目前動力電池的發(fā)展依然處于初級階段，正在逐步邁向成熟，因此在發(fā)展的過程中不可避免地出現(xiàn)各種問題，主要包括技術問題和社會問題兩方面。技術方面電池自燃現(xiàn)象時有發(fā)生，安全性還有待提高，續(xù)航衰減明顯，特別是在極寒極熱等極端天氣情況的表現(xiàn)不盡如人意；社會方面，動力電池行業(yè)近年來新進入企業(yè)數(shù)量暴增，野蠻生長，行業(yè)標準混亂，騙取補貼現(xiàn)象屢禁不止，加之民眾對新能源汽車的了解有限，導致動力電池產業(yè)的負面影響較大。

2 報廢動力電池的危害研究

動力電池由于長期使用一方面會出現(xiàn)電解質活性減弱，另一方面電池容量逐漸下降，造成續(xù)航里程的縮短，使用到一定期限時會給汽車的行駛帶來一定的安全隱患，同時會使汽車在加速、續(xù)航方面的性能大幅度降低，當電池容量衰減到初始容量的60%～80%左右，便達到設計的有效使用壽命，需進行更換。電動乘用車電池的有效壽命在4～6年左右，電動商用車的電池有效壽命僅約3年左右[2]，通常是電池更換和整車報廢兩種方式，隨著新能源汽車的保有量和在汽車總量占比逐年提高，報廢動力電池的數(shù)量也急劇增加，而報廢動力電池的最終流向由于沒有統(tǒng)一的處理標準和流程，一般由各個汽車和動力電池生產企業(yè)以及專業(yè)機構進行處理，由于缺乏有效的監(jiān)管和規(guī)范，目前仍處于管理混亂的階段，報廢動力電池一旦沒有經(jīng)過正確處理，會對自然環(huán)境和社會環(huán)境造成較大的危害，同時阻礙新能源汽車產業(yè)的發(fā)展。

2.1 對自然環(huán)境造成危害

動力電池的構成比較復雜，其中有各種元素，早期的鉛酸電池中的鎘、鉛本身都是重金屬，目前應用廣泛的鋰電池構成更為復雜，還有磷、錳、鐵、鋰、鎳等元素，在報廢動力電池的過程中如處理方式不當，可能會對自然環(huán)境造成污染，特別是金屬元素滲入到河流和土壤中，會對居民和動植物的健康造成嚴重影響。

此外，動力電池的外殼組成部分當中還有塑料和鋁制品，除了金屬元素的污染外，還會對環(huán)境造成白色污染，進一步加劇對自然環(huán)境的破壞。

2.2 造成自然資源的浪費

除了對自然環(huán)境的污染之外，動力電池還無法得到有效的二次利用，動力電池雖然報廢，但可以通過一定的方法提取出尚可使用的資源，形成循環(huán)利用的良性生態(tài)，而目前動力電池還無法得到有效回收，造成自然資源的極大浪費，一方面動力電池產業(yè)高速發(fā)展，需求量和報廢量均快速增長，據(jù)相關研究機構預計，到2020年我國動力電池市場需求量將達125 GW?h，報廢量將達32.2 GW?h，約50萬噸，到2030年，動力電池報廢量將達101 GW?h，約116萬噸，但另一方面，動力電池回收發(fā)展嚴重滯后，據(jù)高工產研氫電研究所（GGII）統(tǒng)計[3]：2018年，動力電池總報廢量達7.4萬噸，數(shù)碼電池總報廢量達16.7噸，動力電池回收量為5 472噸，只占總報廢量的7.4%，回收比例過低，大量的報廢電池沒有得到有效處理，造成企業(yè)生產相關產品需要重新投入新的資金和原材料，使得生產成本居高不下，導致利潤下降，影響長期的可持續(xù)發(fā)展[4]。

2.3 影響新能源汽車產業(yè)的整體發(fā)展

新能源汽車產業(yè)目前還處于發(fā)展的初級階段，社會大眾接受程度還不高，相當部分的消費者對新能源汽車在技術方面的發(fā)展持觀望態(tài)度，對于新能源汽車在發(fā)展當中遇到的問題格外關注，報廢電池處理事關新能源汽車對于自然環(huán)境和資源的影響，同樣受到社會大眾和廣大媒體的關注，而目前由于報廢動力電池處理的不規(guī)范和效率低，導致新能源汽車產業(yè)的發(fā)展備受質疑，使?jié)撛诘南M者繼續(xù)保持觀望態(tài)度，降低對新能源汽車的接受度，使新能源汽車銷量增長緩慢，進而影響新能源汽車產業(yè)的整體發(fā)展。

3 動力電池報廢與回收對策研究

報廢動力電池的處理問題已經(jīng)對現(xiàn)有的自然環(huán)境和社會經(jīng)濟環(huán)境造成了實質性影響，如不能得到有效的解決，必將進一步阻礙新能源汽車產業(yè)的發(fā)展，持續(xù)對環(huán)境造成破壞，

相關部門已經(jīng)開始重視這一問題，2018年1月26日工信部、科技部、環(huán)保部、交通運輸部、商務部、質檢總局、能源局聯(lián)合印發(fā)《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，共有五章三十一條，自2018年8月1日施行，旨在提出報廢動力電池的切實有效的解決方案，但由于是初期的暫行方案，目前無法預測其執(zhí)行的程度和力度，執(zhí)行效果有待進一步觀察。

在目前的缺乏政府部門主導的大背景下，動力電池的報廢與回收工作主要是依靠動力電池和新能源汽車生產企業(yè)以及專業(yè)機構在進行，本章就此問題提出以下具體可操作的對策建議，以此解決動力電池的報廢與回收問題。

3.1 加快電池相關技術的革新，延長電池使用壽命

現(xiàn)有的動力電池使用壽命一般在5～10年，加之極端天氣如高溫和低溫對動力電池的影響較大，導致動力電池報廢年限較發(fā)動機更短，而目前動力電池的更換成本較發(fā)動機更高，新能源汽車的實際使用成本優(yōu)勢不明顯，甚至還要高于燃油車，使得大眾對于新能源汽車的接受度不高，造成新能源汽車發(fā)展受阻。

近年來，動力電池產業(yè)一直在不斷地進行技術革新，由特斯拉支持的加拿大Dalhousie大學Harlow和Dahn教授的研究表明[5]，新型鋰電池技術可以使汽車電池壽命達到160萬公路（100萬英里）。在延長電池使用壽命方面，如研發(fā)固態(tài)電池等新型材料電池、改善電池的保溫和冷卻系統(tǒng)、改進電池充換電方式等，可以提高動力電池的全生命周期壽命，從根本上解決電池報廢回收問題，由于固態(tài)電池技術尚不成熟，保溫冷卻系統(tǒng)對電池壽命提升較小，電池快速充電對電池容量仍然有一定的損害，目前比較有效的延長電池使用壽命的方法是換電池技術。

換電池技術即把單次容量耗盡的動力電池通過可拆卸動力電池的底盤結構將電池取出，將已經(jīng)充滿電的動力電池裝入，從而保證新能源汽車的續(xù)航里程，動力電池拆卸下來之后都要進行專業(yè)的檢測和保養(yǎng)，對其進行集中管理，動力電池的維護頻率要遠高于非可更換的動力電池，從而保證了電池的持續(xù)耐用，延長電池的使用壽命，目前蔚來、宇通、北汽、眾泰等企業(yè)生產的新能源汽車均采用了換電池技術，換電池技術已經(jīng)滲入到乘用車和商用車領域，換電池技術是短期內可以解決新能源汽車續(xù)航問題和延長使用壽命的最有效方法。

但同時，電池頻繁更換需要更多的備用電池和更多的檢測保養(yǎng)次數(shù)，底盤需要做出針對性的設計和生產，會大幅增加企業(yè)的運營成本，而且由于換電技術目前還不成熟，事故時有發(fā)生，需要進一步進行技術改進。

3.2 企業(yè)建立電池報廢電池回收體系，促進動力電池二次利用

作為電池報廢和收回利用系統(tǒng)的最直接參與者，新能源汽車企業(yè)在其中的作用舉足輕重，應率先建立完善的動力電池回收和循環(huán)利用機制和系統(tǒng)（圖1），充分發(fā)揮生產企業(yè)的整合優(yōu)勢，發(fā)掘和利用報廢動力電池的剩余價值，使報廢動力電池可以循環(huán)使用，為企業(yè)節(jié)省成本，促進可持續(xù)發(fā)展。

圖1 報廢電池處理流程

目前企業(yè)的電池報廢回收體系主要分為兩種，企業(yè)內部再利用和對外二次銷售，企業(yè)內部再利用是指將報廢的動力電池進行重新檢測和處理，用于企業(yè)內部生產的動力電源，以寧德時代為例，2018年寧德時代的動力電池裝機量占國內總裝機量的40%以上，是目前國內最大的動力電池供應商，同時其報廢電池占有量巨大，寧德時代早在2017年就開始涉足動力電池回收業(yè)務，建立“電池正極原材料-動力電池系統(tǒng)-報廢電池回收”的鋰電池產業(yè)鏈閉環(huán)，而回收后的動力電池主要是作為其生產線的儲能備用電源使用。

此外，回收的動力電池二次銷售模式也成為了近年來相關汽車企業(yè)新的報廢電池處理方式，對報廢動力電池進行再處理，重新推向市場銷售，既節(jié)約了生產成本，同時增加了銷售收入，更重要的是解決了報廢動力電池的閑置問題，目前包括比亞迪、北汽、榮威等多家新能源汽車企業(yè)都在進行二次銷售模式的探索，以比亞迪集團為例，比亞迪已經(jīng)連續(xù)4年成為全球新能源汽車的銷量冠軍，同時是全球第二大動力電池制造商，龐大的整車需求導致報廢動力電池數(shù)量的激增，促使其較早地開展動力電池回收業(yè)務，由于比亞迪本身涉足儲能產品，消費者對其體積和能量密度要求不高，使得能量密度和處理成本都較低的報廢動力電池成為理想的原材料，比亞迪的儲能產品系列，從小的家庭儲能系統(tǒng)，到中間級別的工商業(yè)儲能產品，到大的公用級別的集裝箱系統(tǒng)，全方位地覆蓋了目前的市場需求，截止到2018年年底，比亞迪已經(jīng)為全球合作伙伴提供了近百個工業(yè)級儲能解決方案，儲能產品遠銷21個國家，96個城市，覆蓋全球6大洲，出貨總量超600 MW?h，根據(jù)CNESA全球儲能項目庫的統(tǒng)計，2018年，全球新增投運的電化學儲能項目中，比亞迪在中國儲能系統(tǒng)集成供應商中排名第一，在全球的儲能市場中占據(jù)重要地位，而這樣的成績得益于比亞迪地成熟報廢電池回收體系的建立[6]。

3.3 建立“都市礦山”，提高報廢動力電池的全領域利用率

“都市礦山”的概念最早是由日本在20世紀80年代提出，日本是一個礦產資源匱乏的國家，早年主要依賴進口，需要耗費大量的資金，政府和企業(yè)長期以來一直在致力于如何最大化地減少對進口礦產資源的依賴，提高本國礦產資源的存儲量，通過建立“都市礦山”將使用過的廢棄電子器械作為礦物資源，進行有計劃的回收，從中獲取可利用的資源，經(jīng)過30多年的積累，日本“都市礦山”中的金、銀、鉛儲量位居世界首位，銅含量位居世界第二位，每年可以為日本節(jié)約大量資源采購資金，同時降低對稀有原材料的依賴度，持續(xù)保持高科技產業(yè)的發(fā)展優(yōu)勢，“都市礦山”體系使日本成為目前報廢電子產品回收利用率最高的國家，正在向礦產資源儲量大國邁進。

目前，中國的工業(yè)發(fā)展存在同樣問題，中國的多項礦產資源儲量位居世界首位，但由于傳統(tǒng)重工業(yè)的高能耗，加之缺乏相應的報廢電子產品回收體系，最終導致礦產資源儲量不高，某些資源甚至需要花費大量資金進口，同時相關高科技產業(yè)發(fā)展由于原材料問題制約了產業(yè)的發(fā)展，最終對整體的經(jīng)濟發(fā)展造成影響，礦產資源的儲量不足已經(jīng)成為目前棘手解決的問題。

動力電池構成比較復雜，還有猛、鐵、鋰、鋁、鋼等金屬以及苯橡膠SBR、聚偏氟乙烯PVdF、丙烯酸等復合材料，加之動力電池的體積和重量較一般的電子產品更大，即使是報廢動力電池的回收利用價值依然十分可觀，而在此背景下，建立報廢動力電池的“都市礦山”迫在眉睫，“都市礦山”首先可以節(jié)約進口資源的資金，降低對原材料的依賴度，其次充分的循環(huán)利用動力電池中的殘余資源，將使用范圍擴展至整個制造業(yè)領域，促進整體國民經(jīng)濟的發(fā)展，最重要的是金屬礦山可以將報廢動力電池集中管理，最大限度地降低環(huán)境污染，是比較理想的處理方式。

目前已經(jīng)有部分新能源汽車企業(yè)開始著手“都市礦山”的建立，以北汽新能源為例，公司建立了整套動力電池回收系統(tǒng)，已經(jīng)開發(fā)了電池無害化處理、電池梯次利用和稀貴金屬提煉技術，建立了實體工廠，將鋰電池通過物理和化學方法將其中的主要成分重新提純、回收利用，提供給相關的生產企業(yè)，實現(xiàn)對整個產業(yè)鏈礦產資源的循環(huán)可持續(xù)利用，當然現(xiàn)階段的報廢動力電池回收還處于初級發(fā)展水平，需要政府部門和生產企業(yè)共同推動動力電池全產業(yè)的更大規(guī)模的“都市礦山”體系的建設[7]。

4 結語

隨著新能源汽車產業(yè)的快速發(fā)展，報廢動力電池的處理問題會進一步凸顯，目前的解決方案雖已取得部分成效，但還遠未能達到預期，動力電池報廢與回收的對策與措施需要政府相關部門、汽車生產企業(yè)以及專業(yè)處理機構共同努力，使動力電池的報廢與回收問題在不遠的將來能夠得到徹底有效的解決。