劉學(xué)文 何飛宇 黃盈盈 巴鑫

摘 要：隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)已成為世界第一大新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)國(guó)，截至2023年1月，新能源汽車(chē)保有量已超過(guò)1000萬(wàn)輛。動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵部件之一，遵循其生命周期規(guī)律，即將進(jìn)入大規(guī)模退役期?；诃h(huán)境保護(hù)、資源利用等因素，國(guó)家和社會(huì)層面對(duì)動(dòng)力電池的回收和梯次利用都投入了極大的關(guān)注。本文對(duì)動(dòng)力電池的梯次利用實(shí)際過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了探討。通過(guò)梳理產(chǎn)品回收過(guò)程中的主要流程，確定了各階段的主要工作，主要討論了梯次利用產(chǎn)品余能、循環(huán)壽命、安全性等基本性能的標(biāo)準(zhǔn)要求及相應(yīng)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē)，動(dòng)力電池回收，梯次利用，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)方法

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.11.011

0 引 言

我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量已連續(xù)8年位居全球第一。2022年，我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量超預(yù)期，全國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量累計(jì)約688.7萬(wàn)輛，新能源汽車(chē)占有率達(dá)25.6%，銷(xiāo)量及占有率均創(chuàng)下歷史新高。其中私家車(chē)占比持續(xù)提升，并呈現(xiàn)向三四線城市和農(nóng)村市場(chǎng)加速滲透的特征，這為新能源汽車(chē)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展奠定了充實(shí)的基礎(chǔ)。2015年是我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量爆發(fā)的關(guān)鍵一年，當(dāng)年新能源汽車(chē)產(chǎn)量突破40萬(wàn)輛。新能源汽車(chē)動(dòng)力電池的使用壽命大多在5～8年，這意味著有大量的動(dòng)力電池自2023年將進(jìn)入淘汰期。如果電池直接報(bào)廢拆解，將產(chǎn)生大量的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，基于這方面的考慮，動(dòng)力電池的回收利用問(wèn)題引起了廣泛的關(guān)注和研究。新能源汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要組成部分，研究動(dòng)力電池梯次利用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)技術(shù)，有利于新能源汽車(chē)行業(yè)的健康和可持續(xù)發(fā)展，對(duì)推動(dòng)新能源汽車(chē)及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

1 動(dòng)力電池余能檢測(cè)

一般來(lái)講，動(dòng)力電池組容量衰減到80%或達(dá)到使用年限才會(huì)考慮更換，此時(shí)動(dòng)力電池不再適用于汽車(chē)，但其剩余容量可以滿(mǎn)足儲(chǔ)能、應(yīng)急電源等應(yīng)用場(chǎng)景的需求。退役電池的實(shí)際容量是評(píng)價(jià)其可利用領(lǐng)域的一個(gè)重要指標(biāo)，因此必須建立一套適用于動(dòng)力蓄電池剩余容量檢測(cè)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以保障其二次使用安全性和科學(xué)性。2017年7月12日，國(guó)內(nèi)首個(gè)關(guān)于回收利用檢測(cè)動(dòng)力電池的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/ T34015-2017《車(chē)用動(dòng)力電池回收利用余能檢測(cè)》[1]批準(zhǔn)發(fā)布。

該標(biāo)準(zhǔn)的主要目的是從電池梯次利用的角度，規(guī)范了鋰離子電池和鎳氫電池在電池模塊和電池單體級(jí)別上的余能檢測(cè)，并不適用于電池包組的余能檢測(cè)。其內(nèi)容主要包括檢測(cè)要求、檢測(cè)流程及檢測(cè)方法，屬于試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)。

該標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)重要的定義。一是余能，表示動(dòng)力蓄電池從電動(dòng)汽車(chē)上移除后剩余的實(shí)際容量；二是I 5放電容量，表示蓄電池在室溫下，以1I 5（A）電流放電，達(dá)到終止電壓時(shí)所放出的容量（A·h）。其中I5是5h率放電電流，與標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31486-2015《電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力蓄電池性能要求及試驗(yàn)方法》[2]中I1對(duì)應(yīng)，表示蓄電池在5小時(shí)充進(jìn)/放出其額定容量時(shí)所需要的電流值， 其值按公式I 5=C f/5來(lái)確定，C f為以首次充放電電流恒流放電測(cè)得的電池容量。一般來(lái)講，單體蓄電池的余能即為其在室溫（25℃±2℃）下的I 5放電容量。而蓄電池模塊的余能應(yīng)分為三個(gè)部分，分別是室溫（25℃±2℃）、低溫（-20℃±2℃）和高溫（55℃±2℃）條件下的I 5放電容量。

動(dòng)力蓄電池作業(yè)流程如圖1所示，其中，Ya為動(dòng)力蓄電池滿(mǎn)足企業(yè)技術(shù)規(guī)范條件中的外觀條件；Na為動(dòng)力蓄電池不滿(mǎn)足企業(yè)技術(shù)規(guī)范條件中的外觀條件；Yb為動(dòng)力蓄電池滿(mǎn)足企業(yè)技術(shù)規(guī)范條件中的電壓限值條件；Nb為動(dòng)力蓄電池不滿(mǎn)足企業(yè)技術(shù)規(guī)范條件中的電壓限值條件。該流程主要是用來(lái)判別蓄電池是否有必要進(jìn)行余能檢測(cè)，并確定余能檢測(cè)時(shí)放電電流I 5。

在測(cè)試蓄電池C f值時(shí)，需要首先對(duì)蓄電池的類(lèi)型進(jìn)行判定，從而可以按照標(biāo)準(zhǔn)確定首次充放電電流。目前新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池主要為鋰離子電池和鎳氫電池，其中鋰電池主要為三元鋰和磷酸鐵鋰電池。當(dāng)電池的標(biāo)簽上可以獲取電池的類(lèi)型、標(biāo)稱(chēng)電壓、容量等信息時(shí)，可以直接采用以進(jìn)行充放電試驗(yàn)。當(dāng)電池?zé)o標(biāo)簽或標(biāo)簽上信息不全時(shí)，也可以通過(guò)電化學(xué)性能測(cè)試進(jìn)行區(qū)分。最便捷的是測(cè)量電池的開(kāi)路電壓，可以初步判斷是鋰電池還是鎳氫電池，三類(lèi)電池的電壓參數(shù)見(jiàn)表1。對(duì)于三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，由于其充放電平臺(tái)存在重疊部分，在電池電量不滿(mǎn)的條件下，可能存在開(kāi)路電壓無(wú)法直接判斷材料類(lèi)型的情況，此時(shí)可以通過(guò)循環(huán)伏安法繪制電池材料的CV曲線來(lái)判斷其類(lèi)型。

在相同的測(cè)試條件下，磷酸鐵鋰電池的氧化還原峰（3.3/3.5V vs. Li/Li+）與三元鋰電池的氧化還原峰（3.6/3.8V vs. Li/Li+）的位置[3-4]會(huì)有較大差別，可以輕易區(qū)分。

動(dòng)力蓄電池通過(guò)檢測(cè)流程確認(rèn)I 5數(shù)值及材料后，余能檢測(cè)的試驗(yàn)方法的充電和放電規(guī)程按GB/T31486-2015[5]中6.2.5執(zhí)行。鋰電池以1I 5恒電流充電至充電終止電壓，后以恒電壓充電至電流降至0.05I 5時(shí)停止充電，隨后擱置1h；鎳氫電池則以1I 5的電流恒電流充電5h，再以0. 2I 5充電1h，隨后擱置1h。放電過(guò)程均是以1I 5的電流放電，直到達(dá)到放電終止電壓。單體蓄電池僅考察室溫下的放電容量記作電池余能，蓄電池模塊還需要在高溫（55℃±2℃）及低溫（-20℃±2℃）下采集其余能數(shù)據(jù)并記錄。

值得一提的是，2022年6月29日，國(guó)家能源局綜合司發(fā)布了關(guān)于征求《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（2022年版）（征求意見(jiàn)稿）》意見(jiàn)的函，其中提到：中大型電化學(xué)儲(chǔ)能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池，不宜選用梯次利用動(dòng)力電池；選用梯次利用動(dòng)力電池時(shí)，應(yīng)進(jìn)行一致性篩選并結(jié)合溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行安全評(píng)估。這意味著對(duì)動(dòng)力電池回收利用的門(mén)檻進(jìn)一步提高，不僅是容量合格就可以進(jìn)入市場(chǎng)，還需要有其他的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范整個(gè)動(dòng)力電池梯次利用的整個(gè)過(guò)程，做好安全評(píng)估和建立健全的追溯體系。

2 動(dòng)力電池梯次利用

車(chē)用動(dòng)力電池的梯次利用為系列標(biāo)準(zhǔn)，共分為6個(gè)部分，已發(fā)布實(shí)施4個(gè)部分。其中第1部分余能檢測(cè)，第2部分拆卸要求是梯次利用產(chǎn)品材料準(zhǔn)備階段的要求；第3部分梯次利用要求，第4部分梯次利用產(chǎn)品標(biāo)識(shí)則是在這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，規(guī)定了梯次利用實(shí)際操作的要求。其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)為GB/ T34015.3-2021《車(chē)用動(dòng)力電池回收利用 梯次利用 第3部分 梯次利用要求》[6]和GB/T 34015.4-2021《車(chē)用動(dòng)力電池回收利用 梯次利用 第4部分：梯次利用產(chǎn)品標(biāo)識(shí)》[7]，這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)制定的目的是指導(dǎo)梯次利用企業(yè)對(duì)退役電池開(kāi)展可梯次利用的判斷和規(guī)范梯次利用產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)。

GB/T 34015.3-2021《車(chē)用動(dòng)力電池回收利用梯次利用 第3部分 梯次利用要求》中對(duì)梯次利用給出了具體的定義：車(chē)用動(dòng)力電池退役后，整體或經(jīng)過(guò)拆解、分類(lèi)、檢測(cè)、重組與裝配等相關(guān)工藝，能夠以電池包或模塊或單體的形式再次應(yīng)用到包括但不限于基站備電、儲(chǔ)能、低速動(dòng)力等相關(guān)目標(biāo)領(lǐng)域的過(guò)程。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了車(chē)用動(dòng)力電池梯次利用實(shí)際操作的要求，包括總體要求、外觀及性能要求和梯次利用產(chǎn)品一般要求。

總體要求包含了對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)全生命周期的要求：產(chǎn)品生產(chǎn)前的信息獲得和生產(chǎn)后的管理要求；梯次利用產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)承擔(dān)梯次利用產(chǎn)品的售后、回收等相關(guān)責(zé)任；梯次利用產(chǎn)品報(bào)廢后，應(yīng)交由符合國(guó)家法律法規(guī)要求的再生利用企業(yè)進(jìn)行回收處理，不應(yīng)隨意丟棄處理。另外對(duì)于梯次利用產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，要求必須對(duì)被利用電池充分溯源，并進(jìn)行有效評(píng)估?；拘畔z查與登記要求為電池原有生產(chǎn)信息、使用信息和基本參數(shù)的登記要求。這樣就可以有效地建立起電池產(chǎn)品全生命周期的追溯系統(tǒng)。

外觀及性能要求為進(jìn)入梯次利用后的電池相關(guān)性能要求，包括外觀要求、余能要求、循環(huán)壽命要求、安全性要求和其他性能要求等。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電池循環(huán)壽命的驗(yàn)證方法以及要求以供需雙方協(xié)商的結(jié)果為準(zhǔn)。關(guān)于電池循環(huán)壽命的判定方法的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 34015《車(chē)用動(dòng)力電池回收利用梯次利用》系列標(biāo)準(zhǔn)的第6部分：剩余壽命評(píng)估規(guī)范。對(duì)于退役動(dòng)力電池循環(huán)壽命的檢測(cè)主要難點(diǎn)在于測(cè)試方法的高效、無(wú)損及低成本方面，目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)電池的循環(huán)壽命的測(cè)試方法均為直接對(duì)電池進(jìn)行完全的充放電循環(huán)，該類(lèi)方法耗時(shí)長(zhǎng)，對(duì)電池的損傷大，成本過(guò)高，不適用于梯次利用電池的循環(huán)壽命檢測(cè)。所以在電池設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)當(dāng)考慮到后期循環(huán)壽命的測(cè)算問(wèn)題，以便于降低電池后期的梯次利用成本，這一點(diǎn)可以考慮在GB/T 34015《車(chē)用動(dòng)力電池回收利用梯次利用》系列標(biāo)準(zhǔn)的第5部分：可梯次利用設(shè)計(jì)指南中做出規(guī)范。

GB/T 34015.4-2021《車(chē)用動(dòng)力電池回收利用梯次利用 第4部分：梯次利用產(chǎn)品標(biāo)識(shí)》詳細(xì)規(guī)定了梯次利用產(chǎn)品標(biāo)識(shí)的樣式、尺寸及位置。退役后的動(dòng)力電池與新電池的性能差異較大，但在外觀上難以區(qū)分，通過(guò)梯次利用環(huán)節(jié)生產(chǎn)的電池與新品電池相比，應(yīng)該要有所不同，并且在產(chǎn)品上面要有明確的區(qū)分標(biāo)識(shí)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)的規(guī)范，消費(fèi)者可以清楚地獲取電池的信息、狀態(tài)及相關(guān)的責(zé)任單位，有利于產(chǎn)品的溯源追蹤，對(duì)動(dòng)力電池梯次利用產(chǎn)品的全程監(jiān)管提供了標(biāo)準(zhǔn)化的依據(jù)。

3 結(jié) 語(yǔ)

GB/T 34015系列標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實(shí)施，將使我國(guó)退役動(dòng)力電池回收利用有章可循，逐步走上標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的市場(chǎng)。已發(fā)布的4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)循序漸進(jìn)，提供了對(duì)退役電池的剩余容量進(jìn)行判斷的方法，開(kāi)展可梯次利用性的判斷依據(jù)，規(guī)范了梯次利用產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)，為車(chē)用動(dòng)力電池梯次利用提供了層層遞進(jìn)的技術(shù)指導(dǎo)。但現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)還不能完全滿(mǎn)足動(dòng)力電池梯次利用的實(shí)際需求，亟需后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充和規(guī)范，從而完善整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系。另外還需要加大標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施力度，強(qiáng)化監(jiān)督檢查，同時(shí)不斷加強(qiáng)梯次利用的科學(xué)研究和標(biāo)準(zhǔn)化隊(duì)伍建設(shè)，提高該系列標(biāo)準(zhǔn)的修訂質(zhì)量，以適應(yīng)不斷發(fā)展的新能源市場(chǎng)，開(kāi)創(chuàng)動(dòng)力電池梯次利用的新局面。

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車(chē)用動(dòng)力電池回收利用 梯次利用 第4部分：梯次利用產(chǎn)品標(biāo)識(shí)：GB/T 34015.4-2021[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2021.

作者簡(jiǎn)介

劉學(xué)文，本科，工程師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)科學(xué)及產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)。

何飛宇，本科，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)。

黃盈盈，本科，工程師，研究方向?yàn)殡娮有畔⒐こ碳夹g(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)。

巴鑫，通信作者，博士研究生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娀瘜W(xué)儲(chǔ)能及產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)。

（責(zé)任編輯：袁文靜）