李建林，王哲，許德智，劉道坦

（1.儲能技術工程研究中心(北方工業(yè)大學)，北京市石景山區(qū) 100144；2.江南大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院，江蘇省無錫市 214122；3.藍谷智慧(北京)能源科技有限公司，北京市大興區(qū) 100176）

0 引言

我國電動汽車在近幾年里使用規(guī)模快速擴大，動力電池退役的期限已經(jīng)到來[1]，到2020年底我國累計退役動力電池超過25萬t[2]。根據(jù)目前相關數(shù)據(jù)進行推算，預計未來幾年的動力電池將要進入退役高峰期：退役動力電池的回收量龐大，預計2021—2022年動力電池的回收量將達到36～40萬t/年。按照中國汽車產業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃，在2025年我國新能源汽車銷量占總銷量比例達到20%以上[3]，同時動力電池累計退役量達到78萬t左右，其中約有55萬t退役動力電池可進入梯次利用環(huán)節(jié)，動力電池梯次利用市場進一步擴容。

退役動力電池仍有很大的使用空間。動力電池主要的材料是：Li、Co、Ni、Mn、Fe、Al、C等[4-7]。其中，Co、Ni、Li等金屬在我國的儲量相對較小，進口依存度高，回收價值較大[8-9]。對退役動力電池進行大規(guī)?；厥眨梢杂行浹a我國Li、Co、Ni等電池材料的資源短缺現(xiàn)況[10]，若將其采用梯次回收的方式對電池進行再利用，可以在不同應用場景下繼續(xù)供電[11]，可節(jié)約和高效利用大量的資源[12-13]；由于動力電池中含有大量有害重金屬，將動力電池梯次利用，避免了大規(guī)模廢舊動力電池的隨意擱置和廢棄，減少廢棄電池對人體和環(huán)境的污染[14-16]，很大程度上保護了我國本土的生態(tài)環(huán)境；退役動力電池在使用一定周期或發(fā)生劇烈碰撞后，鋰電芯內部正負極隔膜就會容易發(fā)生錯位，使得電池內部正負極直接相連，產生短路，進而引起電池自燃[17]。若加強退役動力電池梯次回收利用工作，將有利于實現(xiàn)廢舊動力電池的規(guī)范、安全處置，消除安全隱患。

由于新能源汽車市場的迅速發(fā)展以及梯次利用電池的使用空間，退役動力電池的梯次利用行業(yè)一直備受關注。截止至2020年10月，國家已頒布多個退役電池梯次利用相關政策[18]。但是，退役動力電池梯次利用一直處于一種難以實施、難以管控的情況，若梯次利用相關政策能夠細化至全國各地，動力電池梯次利用可以逐步規(guī)范化，由示范工程牽頭，帶領更多的試點企業(yè)參與動力電池梯次利用項目，并將動力電池梯次利用的范圍逐步推廣，必能在退役動力電池梯次利用方面節(jié)約更多的資源，更有效地保護環(huán)境[19]。

1 我國梯次利用現(xiàn)狀分析

2015年動力電池累計報廢量約在2～4萬t左右，到2020年底，我國僅純電動乘用車和混合動力乘用車動力電池累計報廢量將達到12～17萬t的規(guī)模[20-21]。其中，報廢量中的電池包含退役梯次利用的電池和拆解回收的電池，根據(jù)有關數(shù)據(jù)，預測未來用于梯次利用的電池累計退役量如圖1所示。

退役動力電池的整個全壽命周期約為20年，但動力電池在新能源汽車中使用的壽命只有3～5年[22]。我國相關行業(yè)的權威人士在動力電池回收過程方面可能更多的還是看中再次利用，形成多批次的使用。由圖1可看出，未來動力電池退役規(guī)模正在逐漸擴大，這也意味著動力電池退役的管控也會越來越艱難。若沒有強有力的政策標準對如此大規(guī)模的動力電池退役情況進行制約，將會導致退役動力電池市場秩序混亂。

圖1 未來動力電池退役規(guī)模預測圖Fig.1 Prediction chart of power battery retirement scale in future

圖2 動力電池梯次利用預估圖Fig.2 Estimated drawing of cascaded utilization of retired power battery

如圖2所示，從利用價值的角度分析，退役后進行梯次利用的動力電池在之后的利用價值越來越高，預計2022年梯次利用價值將達到80億元以上。從實用性的角度分析，其使用成本約為1000元/kW·h，性價比遠超過鉛酸電池，因此動力電池梯次利用具有很大的競爭力?？吹搅颂荽卫玫膹V闊前景，一些企業(yè)發(fā)現(xiàn)了此領域的機遇并開始在此領域逐步探索[23]。如北京匠芯電池研發(fā)了梯次利用光儲系統(tǒng)，深圳比亞迪等企業(yè)生產用于備電領域的梯次利用電池等。

我國在電池梯次利用的技術研究方面處于起步階段，技術難點有重組技術、壽命預測和離散整合技術等[24-26]。梯次利用技術的核心要求是保證目標產品的品質和安全。具體而言，一是來料的品質安全控制，二是目標產品的生產過程控制，還有目標產品的控制和設計。目前國家把梯次利用檢測技術作為重點研究，檢測技術要求對退役電池包進行健康指數(shù)評價，包括電芯評估、電池包電性能檢測、電池包的可靠性檢測、電池包/模組外觀檢測。通常情況下，電芯的性能評估分為壽命評估、安全性評估和可靠性評估，包括電池包的可靠性、電池包連接件可靠性以及管理系統(tǒng)硬件的可靠性等。電池包電性能檢測能夠排除安全隱患。此外，直流內阻的變化、電壓差的變化以及電池包外形的變化等，都在健康指數(shù)的評估內容中。其中，從電池包的外形來看，在車載過程中難免會發(fā)生意外，比如車禍、內澇，都會引起一系列外部構件的變化，因此電池包外形變化也需要評估[27]。

對于梯次電池應用的場景來看，通信基站備電、電網(wǎng)儲能和低速車這3個應用得最為廣泛[28-31]，如圖3所示。

圖3 電池梯次利用主要應用場景圖Fig.3 Scene graph of main application of cascaded utilization of retired power battery

通信基站是我國退役動力電池主要梯次利用的應用場景之一。中國鐵塔公司已在約12萬個基站中使用梯次電池約1.5 GW·h，替代了約4.5萬t鉛酸電池。中國鐵塔公司目前約有200萬個基站，按單站電池容量需求約30 kW·h測算，該公司未來可能消納約200萬輛新能源汽車的退役電池[32]。杭州某供電公司在通信基站中增加了100 kW·h的動力電池，這些動力電池與原有的電池共同出力，保證了信號的穩(wěn)定傳輸。

電網(wǎng)儲能領域中，國內首個電池梯次利用電網(wǎng)側儲能電站在南京開建，利用電池的余電繼續(xù)為變電站和數(shù)據(jù)中心等設施供電，大幅提升了儲能電池的經(jīng)濟性和可利用性，隨后國內其他省市紛紛效仿：浙江省某微網(wǎng)儲能項目為創(chuàng)造新的經(jīng)濟價值和起到削峰填谷的作用投運了電網(wǎng)儲能電站，深圳市某兩家公司合作建設了2.15 MW·h/7.27 MW·h梯次電池儲能項目，用于工業(yè)園區(qū)，以實現(xiàn)削峰填谷的功能和為電網(wǎng)提供輔助服務。

在低速車領域中，某公司將退役動力電池安裝在低速電動車上使用，也有其他公司在低速快遞物流車上使用退役動力電池。根據(jù)統(tǒng)計，退役電池應用成本約為650元/kW·h，其收益要比鉛酸電池用于低速車上的收益大很多。根據(jù)已有數(shù)據(jù)預測，在今年年底，預計低速車用退役電池成本低于300元/kW·h，收益在450元/kW·h以上。

電網(wǎng)儲能、通信基站和低速車等領域是大規(guī)模消納退役電池的有效手段。梯次利用給電網(wǎng)儲能等領域的低成本化帶來重大機遇，有望最大化發(fā)揮電池全壽命周期價值，因此有必要出臺梯次利用政策來把握住此機遇。

2 國內退役動力電池梯次利用政策

國家從2010年就開始頒布退役動力電池激勵政策，鼓勵梯次利用企業(yè)研發(fā)梯次產品與技術，并圍繞電池性能評估、分選重組、電熱安全管理開展了大量研究工作，并在退役電芯一致性評測、模塊直接重組利用等方面取得突破，但仍面臨容量衰退預測難、快速批量分選技術缺失和安全故障演變機理不清晰等問題。

近年來，隨著梯次利用示范規(guī)模逐漸增大及應用場景的多樣化，上述問題疊加放大效應愈加突顯，現(xiàn)有技術儲備無法滿足規(guī)?；こ虘玫陌踩院徒?jīng)濟性要求。為此，國家仍需針對退役動力電池梯次利用的安全和經(jīng)濟問題進行綜合考慮，國內政府機構需要利用出臺的政策來推動相關技術問題的突破使得梯次利用的應用能夠實現(xiàn)效益最大化。

2.1 國家頂層政策

梯次利用能夠發(fā)揮出退役動力電池的最大價值，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的利益最大化，動力電池梯次利用的前景是廣闊的，但是實踐起來不太容易。退役動力電池性能和規(guī)格參差不齊，難以實現(xiàn)集中式管理，以及檢測配比難度高，實現(xiàn)電池的電壓均衡較難等因素，增加了退役動力電池梯次利用產業(yè)化的難度。如果動力電池梯次利用的管理和技術水平能夠提升起來，那么它的廣闊前景就可以得到實現(xiàn)。所以，需要國家制定相關的政策來鼓勵并支持各個地方企業(yè)參與到動力電池梯次利用的機制中來。為加強新能源汽車的退役動力電池梯次利用管理水平，保證梯次利用電池的安全性和質量，國家相關部門出臺措施以扶持動力電池梯次利用，已頒布的一些動力電池梯次利用政策如表1所示[33-35]。

表1 退役動力電池梯次利用相關政策Table 1 Relevant policies for the cascaded utilization of retired power battery

《新能源汽車動力蓄電池梯次利用管理辦法》（征求意見稿）的提出可通過即將建立的數(shù)據(jù)管理平臺加強新能源汽車動力蓄電池梯次利用的企業(yè)管理水平，通過即將完善的各個環(huán)節(jié)形成的梯次利用體系提升資源的綜合利用水平，并且通過制定的檢測機制來保障梯次利用電池產品的安全性。

《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》（征求意見稿）的提出可通過技術和設備對不同類型的電池進行梯次利用過程中的步驟，包括檢測、分類、拆分和修復等，盡可能地替換掉以前缺點較多的技術和設備，從而發(fā)揮出創(chuàng)新的技術和設備節(jié)約資源、減少成本等優(yōu)勢。

國家工信部、科技部等部門發(fā)布的政策中包含了退役動力電池梯次利用的總體要求、綜合管理、提高應用、鼓勵實施等方案，這些政策表明了國家對梯次利用很重視，但這些方案大體是缺乏細節(jié)制定的，如梯次利用的具體生產線流程、退役電池線上線下交易和退役電池產品的規(guī)格尺寸等等，要落實到省、鎮(zhèn)地區(qū)有一定的困難。因此，退役動力電池梯次利用領域亟待相關政策的完善，擴大退役動力電池梯次利用的管控范圍，使得退役動力電池市場秩序更加穩(wěn)定。

2.2 地方相關政策

為了進一步細化退役動力電池梯次利用頒布的國家政策，各級地方政府紛紛對此做出響應，部分退役動力電池梯次利用地方政策如表2所示[36]。

福建省、湖南省和海南省發(fā)布的地方政策都重點把互聯(lián)網(wǎng)技術與廢舊動力電池梯次利用相結合，發(fā)揮出互聯(lián)網(wǎng)實時傳遞信息和資源共享的優(yōu)勢，福建省發(fā)布的梯次利用政策主要是通過建立交易和回收平臺，利用互聯(lián)網(wǎng)與客戶進行線上交易和交流，為客戶的需求帶來了便利；而湖南省和海南省發(fā)布的梯次利用政策則主要是構建產業(yè)回收網(wǎng)絡體系信息數(shù)據(jù)庫，以實現(xiàn)動力電池產品的來源及去向追蹤，一旦車輛的蓄電池出現(xiàn)異常，電池監(jiān)控系統(tǒng)就會及時監(jiān)測出來，可以從遠端追蹤使用該電池的車輛信息，提升了動力蓄電池梯次利用的監(jiān)控性能。

京津冀地區(qū)、四川省和廣東省政策主要強調了加快梯次利用的關鍵技術研發(fā)，為推廣動力電池梯次利用體系建設一系列示范項目。這一方案的實施大力推進了電池模塊的快速檢測、分選技術的研究，加大了對電池狀態(tài)的跟蹤和預測研究；同時也激勵了企業(yè)、事業(yè)單位根據(jù)自身的研究技術現(xiàn)狀，加快研制循環(huán)梯次回收標準體系，加強成果的轉化。推廣項目的建立也是國家在動力電池梯次利用領域對企業(yè)的一種激勵方式，讓其他相關企業(yè)看到本領域產生的環(huán)境保護和經(jīng)濟效益，激發(fā)企業(yè)對本領域的熱情和信心。

表2 退役動力電池梯次利用地方政策Table 2 Local policies for cascaded utilization of retired power battery

3 梯次利用標準

為加強退役動力電池梯次利用管理，引導產業(yè)轉型升級，大力培育戰(zhàn)略性新興產業(yè)，推動退役動力電池健康發(fā)展，國家針對退役動力電池制定了有關標準，部分標準如表3所示[37-39]。

《車用動力電池回收利用 梯次利用 第2部分：拆卸要求》對具體設施和人員的考核、培訓這三個方面給出了具體方案，從外部條件和人員限制入手，給退役動力電池梯次利用的整包電池開包拆解過程提供了良好的外部工作條件，增加了電池在拆解時的管理和安全性能，使得電池能夠按部就班拆解，為后續(xù)電池的配組環(huán)節(jié)提供保障。

《車用動力電池回收利用 梯次利用產品標識》的標準中具體要求了將過程中的檢測、分類、拆解和重組部分標識區(qū)分，對每一個處于不同情況和流程的梯次利用單體電池進行標記，將代表梯次利用電池的標識規(guī)范化，與之前沒有規(guī)范化標識的情況相比更能便利、清晰地辨識產品所處環(huán)節(jié)，避免將電池重新進行已經(jīng)操作過的步驟或跳過未操作的步驟，其實施也方便梯次利用電池的管理延伸到電池的生產廠家。

退役動力電池相關標準的出臺促進了退役動力電池行業(yè)的健康發(fā)展和市場的良性循環(huán)，便于國家對退役動力電池進行大規(guī)模管理，有利于維護廢舊電池市場秩序。

4 試點企業(yè)與項目

為深入實施國家技術創(chuàng)新引導工程，貫徹落實強化科技創(chuàng)新戰(zhàn)略布局，全面推動企業(yè)自主創(chuàng)新，充分發(fā)揮科技支撐發(fā)展，引領未來的重要作用，各個省的工部局、發(fā)改委等部門確定了多個退役動力電池梯次利用示范企業(yè)，部分示范企業(yè)如表4所示。

100 kW·h梯次利用電池儲能系統(tǒng)項目通過改變充電設備的接入方案來滿足負荷直流快充的要求，為退役電池產業(yè)化發(fā)展進行了初步探索。

表3 退役動力電池梯次利用相關標準Table 3 Relevant standards for cascaded utilization of retired power battery

表4 退役動力電池梯次利用示范企業(yè)Table 4 Demonstration enterprises of cascaded utilization of retired power battery

蘭石蘭駝4 MW·h/1.5 MW·h“光–儲–充”微電網(wǎng)項目打造了退役電池二次分選、拆解、重組這一規(guī)范化流程，為甘肅省新能源汽車的退役電池提供了一種新的再利用方案。

大規(guī)模梯次再利用儲能電站項目通過組串聯(lián)式架構的系統(tǒng)設計方案緩解了梯次電池初始容量不一致的問題，并通過配置能量管理系統(tǒng)實現(xiàn)了區(qū)域源、網(wǎng)、荷、儲有效協(xié)同管理。

其三，教育行政部門需要認識到教師情緒勞動作為勞動類型之一，不能被“忽視”，也不能被“敵視”，需要被合理考慮。因此，教育行政部門從意識上要重視教師情緒勞動的存在與管理，從策略上要全員關注、全程管理、科學優(yōu)化，努力將對教師情緒勞動的模糊認知、判斷、處理走向更加科學、合

北京海博思創(chuàng)科技有限公司就退役動力蓄電池價值評估與梯次利用制定了完整的梯次利用流程，從電池現(xiàn)場評估、返場測試到方案設計、裝配應用等，在返場評估方面，其電池剩余價值評估技術對車輛內部電池進行評估，僅需要5 h且不會影響車輛運營，電池健康度的準確度在3%以內，三元及鋰電池均可評估。

出于國家對梯次利用的號召，又因退役動力電池梯次利用示范企業(yè)的成功事例讓企業(yè)領導人看到了梯次利用的前景，一些試點企業(yè)也紛紛踴躍參與了施行廢舊動力電池梯次利用的生產線以及體系建設。部分試點企業(yè)如表5所示。

中國鐵塔股份有限公司福建省分公司和湖南綠色再生資源公司旨在多場景下推廣電池梯次利用。長沙比亞迪、中南冶金院和長沙新材料院等單位結合了各省市各自的產業(yè)基礎和特點，加快動力蓄電池梯次利用及再生利用關鍵核心技術和裝備研發(fā)，均對動力電池快速分選或余能檢測技術進行開發(fā)并應用，研發(fā)了電池剩余生命周期預測、電池剩余價值的評估和篩選技術，以提高回收利用效率，構建出合理的電池回收服務網(wǎng)點。

企業(yè)建立和完善了動力蓄電池的技術開發(fā)與應用推廣，建設了退役電池梯次利用生產線和相關服務網(wǎng)點，將每個單體電池的性能能夠盡可能地發(fā)揮出來，也減輕了將大量動力電池進行直接回收這一工作的負擔，同時有利于提高企業(yè)之間的競爭力，引領相關企業(yè)發(fā)揮各自的創(chuàng)新能力，進一步推動了梯次利用行業(yè)的發(fā)展。

表5 退役動力電池梯次利用試點企業(yè)Table 5 List of pilot enterprises cascaded utilization of retired power battery

5 總結與展望

盡管我國動力電池梯次利用現(xiàn)已取得初步的成果，但從總體上來看我國整體及地方的動力蓄電池梯次利用體系尚未有效建立，在以下四點仍需加強與改進：

1）梯次利用相關技術需要突破。

我們應在退役動力電池的重組技術、剩余壽命模型、安全性能評估和工程實際應用能力等方面進行深入研究并盡快研發(fā)出成果，這樣才能更有效支撐規(guī)?；膭恿π铍姵靥荽卫?。

2）梯次利用政策需要細化。

我國梯次利用發(fā)展尚處于起步階段，國家需要進一步細化地方級政策，促進企業(yè)與企業(yè)間發(fā)揮各自特長，擴大梯次利用規(guī)模、應用技術的研發(fā)和商業(yè)化規(guī)模。

3）梯次利用相關標準仍需完善。

要對行業(yè)進行監(jiān)管，政府要促使生產者對梯次利用電池的整個生命周期承擔責任，建立規(guī)范的制作、安裝流程，完善公平的競爭制度，使得動力電池梯次利用模式規(guī)范化。

4）加強對示范企業(yè)和試點企業(yè)的監(jiān)管力度。

面對相關企業(yè)已開展的多項示范項目和試點企業(yè)，對項目和企業(yè)應用的退役電池開展溯源管理，并對其退役電池進行全生命周期管理，保證其安全的進入正規(guī)梯次利用流程中。