陳小長(zhǎng)

摘 要：本文通過闡述總結(jié)我國(guó)現(xiàn)階段新能源汽車動(dòng)力電池發(fā)展的重點(diǎn)，分析提煉出新能源汽車動(dòng)力電池回收的意義及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建出新能源汽車動(dòng)力電池回收路線，對(duì)新能源汽車動(dòng)力電池的回收模式進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 動(dòng)力電池 回收模式 回收渠道

1 引言

動(dòng)力電池是新能源汽車的核心總成，關(guān)系到新能源汽車的安全性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性續(xù)駛里程壽命與充電方便性等。動(dòng)力電池的發(fā)展仍以保證電池可靠性和安全性，提高電池比能量、比功率，降低成本為主要目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的性能升級(jí)，提升動(dòng)力電池智能制造水平，研發(fā)動(dòng)力電池回收再利用技術(shù)，是目前動(dòng)力電池主要的發(fā)展方向。

2 新能源汽車動(dòng)力電池發(fā)展重點(diǎn)

2.1 動(dòng)力電池新材料、新體系

開展鋰硫電池、全固態(tài)電池、金屬空氣電池等下一代電池技術(shù)的研究。研究開發(fā)具有良好導(dǎo)電性和穩(wěn)定性的正極材料。制備高安全性、高穩(wěn)定性、循環(huán)性能好的金屬合金負(fù)極。開發(fā)高電導(dǎo)、寬電化學(xué)窗口和高熱穩(wěn)定性的新型液態(tài)電解質(zhì)、聚合物固體電解質(zhì)和無(wú)機(jī)硫化物固體電解質(zhì)。降低電池的內(nèi)阻，提高充放電效率，研究新體系電池設(shè)計(jì)及制備工藝。

2.2 動(dòng)力電池安全性及長(zhǎng)壽命技術(shù)

探究電池?zé)崾Э貦C(jī)理、熱失控誘因和電池最大產(chǎn)熱來(lái)源，開發(fā)具有針對(duì)性的安全技術(shù)，顯著提高電池單體安全性。研究高比能量電池壽命失效機(jī)制。研究抑制正、負(fù)極材料及電極結(jié)構(gòu)劣化技術(shù)。研究新型正、負(fù)極材料體系電池的長(zhǎng)壽命電化學(xué)匹配技術(shù)等。

2.3 動(dòng)力電池設(shè)計(jì)及仿真技術(shù)

研究電池單體設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)?；陔娀瘜W(xué)模型，研究電池單體電、熱耦合仿真技術(shù)及壽命、安全性仿真技術(shù)。開展電池單體及電池系統(tǒng)在全壽命周期下的整車等效使用仿真技術(shù)研究。

2.4 動(dòng)力電池及其關(guān)鍵材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究

開發(fā)新型高比能量動(dòng)力電池關(guān)鍵正、負(fù)極材料制備技術(shù)，開展新型動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究、智能制造技術(shù)研究。

2.5 動(dòng)力電池系統(tǒng)及控制技術(shù)

研究電池成組和電池控制等技術(shù)。研究動(dòng)力電池不一致性演化機(jī)理和控制方法。從電池單體、電池模組、電池包幾個(gè)層面開展機(jī)、電、熱安全設(shè)計(jì)研究，構(gòu)建電池管理系統(tǒng)的安全策略?；谙到y(tǒng)安全思想，對(duì)熱失控原理、過程和防控方法開展系統(tǒng)性研究。開展基于整車需求的電池包設(shè)計(jì)、電池系統(tǒng)安全性在線監(jiān)測(cè)、安全策略集成、安全性測(cè)試驗(yàn)證等。

2.6 動(dòng)力電池測(cè)試分析技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)體系

研究動(dòng)力電池關(guān)鍵材料、單體電池的測(cè)試評(píng)估技術(shù)，研究電池老化過程中的電池性能衰減機(jī)理，研究電池?zé)岱€(wěn)定性的表征技術(shù)，研究動(dòng)力電池安全性測(cè)試評(píng)價(jià)方法等。完善動(dòng)力電池尺寸規(guī)格、電性能、可靠性及安全性、電池回收利用等標(biāo)準(zhǔn)體系。

2.7 動(dòng)力電池梯次利用及資源回收技術(shù)

研究電池可靠性、安全性評(píng)估技術(shù)，以及電池使用壽命預(yù)測(cè)技術(shù)。建立電池編碼制度及相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。研究梯次利用電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及管理系統(tǒng)開發(fā)。研究廢舊電池分級(jí)梯次利用系統(tǒng)。研究專用拆解及相關(guān)材料回收設(shè)備。測(cè)試一拆解一深度破碎技術(shù)，以及金屬元素復(fù)雜溶液提純與循環(huán)利用。

3 新能源汽車動(dòng)力電池回收的現(xiàn)實(shí)意義

3.1 環(huán)保和人類健康訴求

廢舊動(dòng)力電池環(huán)境危害大，不經(jīng)回收處理將造成嚴(yán)重污染。動(dòng)力鋰離子電池雖不含鉛、鎘、汞等重金屬污染物，但報(bào)廢的動(dòng)力鋰離子電池對(duì)環(huán)境仍有明顯危害性。這不僅僅對(duì)環(huán)境造成影響，不滿足環(huán)保的訴求，而且可能還會(huì)對(duì)人類健康造成一不可逆的危害，可能成為各類嚴(yán)重疾病的誘因，大大危害社會(huì)的穩(wěn)定。

3.2 戰(zhàn)略價(jià)值

我國(guó)已探明鈷、鎳資源儲(chǔ)備量分別僅為 8萬(wàn)噸和280 萬(wàn)噸，占世界總儲(chǔ)量的比重極低。并且我國(guó)鋰資源實(shí)際供應(yīng)能力較弱，對(duì)外依存度高。我國(guó)動(dòng)力電池再生利用企業(yè)對(duì)鈷鎳錳的綜合回收率應(yīng)不低于 98%，鋰的回收率不低于85%，金屬回收率已經(jīng)達(dá)到了較高水平。

3.3 經(jīng)濟(jì)性

廢舊動(dòng)力電池的資源性強(qiáng)，再生利用的價(jià)值高。退役后的鋰離子動(dòng)力電池的正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)等電池材料中仍含有大量的有價(jià)金屬（鋰、鎳、鈷、錳、鋁、銅等）和其他可再生利用成分（石墨等），蘊(yùn)藏的資源品類豐富，仍具備極高的再生利用價(jià)值。其中正極材料的資源價(jià)值最高，為再生利用的主要對(duì)象。

4 新能源汽車動(dòng)力電池梯級(jí)利用及資源回收技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

4.1 動(dòng)力電池梯級(jí)利用發(fā)展現(xiàn)狀

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，需要考慮動(dòng)力電池使用壽命終結(jié)后，動(dòng)力電池的梯級(jí)利用及回收處理等問題。動(dòng)力電池梯級(jí)利用是指車用動(dòng)力電池的性能衰減到一定程度，達(dá)到了壽命終止的條件（通常為動(dòng)力電池額定容量的70%～80%），但可以滿足電動(dòng)汽車外的其他應(yīng)用領(lǐng)域的性能要求，因此動(dòng)力電池的梯級(jí)利用具有很大的可行性和潛在的市場(chǎng)空間，如用于風(fēng)/光儲(chǔ)能、智能電網(wǎng)的削峰填谷、偏遠(yuǎn)地區(qū)分布式供電、通信基站的后備電源以及家庭電能調(diào)節(jié)等領(lǐng)域。

目前，動(dòng)力電池的梯級(jí)利用在國(guó)內(nèi)外均處于研發(fā)及示范驗(yàn)證階段。國(guó)家電網(wǎng)公司及其下屬公司開展了電動(dòng)汽車動(dòng)力電池梯級(jí)利用技術(shù)研究與示范，對(duì)動(dòng)力電池的高效梯級(jí)利用進(jìn)行了初步探索。動(dòng)力電池的梯級(jí)利用要深入考慮電池二次使用的相關(guān)領(lǐng)域，不同應(yīng)用對(duì)電池使用的技術(shù)要求、電池使用的產(chǎn)品設(shè)計(jì)設(shè)評(píng)價(jià)等，建立動(dòng)力電路回收處理的標(biāo)準(zhǔn)體系已成為迫切需要解決的同題，包括回收電池的分速和配組體系的建立、電池回收處理標(biāo)準(zhǔn)流程的形成。對(duì)動(dòng)力電池梯級(jí)利用的研究也會(huì)促進(jìn)動(dòng)力電池生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的完善，如動(dòng)力電池單體及模塊的規(guī)格化和標(biāo)準(zhǔn)化，以及一致性的提升等。

4.2 動(dòng)力電池回收管理發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外已形成比較完善的電池回收管理體系，但對(duì)近年出現(xiàn)的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池和未來(lái)規(guī)?；瘍?chǔ)能電池仍缺乏回收經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。我國(guó)電池回收企業(yè)對(duì)含鎳及鈷的鋰離子動(dòng)力電池（如鎳鈷錳和鎳鈷鋁等）的處理技術(shù)基本成熟，但在安全高效拆解、電解液溶劑的高效收集及廢液廢氣處理等環(huán)節(jié)仍需進(jìn)一步改進(jìn)。對(duì)于不含鎳及鈷的動(dòng)力電池（如磷酸鐵鋰和錳酸鋰等），目前全世界范圍內(nèi)尚未有經(jīng)濟(jì)可行的回收技術(shù)及方案。

目前，我國(guó)電池回收利用管理體系仍不健全，主要表現(xiàn)在針對(duì)電池回收、運(yùn)輸、拆解和綜合利用等環(huán)節(jié)尚無(wú)具體的法規(guī)及實(shí)施細(xì)則，缺乏相關(guān)的管理制度和經(jīng)濟(jì)激勵(lì)制度，導(dǎo)致廢舊電池回收行業(yè)無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)以及回收過程中的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)等現(xiàn)象十分嚴(yán)重，直接影響了電池回收行業(yè)的發(fā)展。

5 新能源汽車動(dòng)力電池回收路線構(gòu)建

5.1 預(yù)期目標(biāo)

（1）到2023年，開發(fā)動(dòng)力電池單體、動(dòng)力電池模組、動(dòng)力電池包的自動(dòng)化拆解技術(shù)，研發(fā)動(dòng)力電池單體自動(dòng)化拆解設(shè)備，實(shí)現(xiàn)銅、鐵、鋁等低值金屬的物理回收率達(dá)到70%；開發(fā)正極材料和鋰回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鎳、鈷、錳等有價(jià)金屬的化學(xué)回收率達(dá)到98.5%以上，鋰的化學(xué)回收率達(dá)到60%以上；開發(fā)石墨回收技術(shù)。

（2）到2025年，開發(fā)動(dòng)力電池模組、動(dòng)力電池包的自動(dòng)化拆解技術(shù)，研發(fā)動(dòng)力電池模塊自動(dòng)化拆解設(shè)備，實(shí)現(xiàn)銅、鐵、鋁等低值金屬的物理回收率達(dá)到80%；研發(fā)正極材料和改進(jìn)鋰回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鎳、鈷、錳等有價(jià)金屬的化學(xué)回收率達(dá)到99%以上，鋰的化學(xué)回收率達(dá)到70%以上；突破石墨回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)石墨回收利用率達(dá)60%以上。

（3）到2030年，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池包的自動(dòng)化拆解技術(shù)，研發(fā)動(dòng)力電池包自動(dòng)化拆解設(shè)備，實(shí)現(xiàn)銅、鐵、鋁等低值金屬的物理回收率達(dá)到95%；改進(jìn)正極材料和鋰回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鎳、鈷、錳等有價(jià)金屬的化學(xué)回收率達(dá)到99.5%以上，鋰的化學(xué)回收率達(dá)到80%以上；改進(jìn)石墨的回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)石墨回收利用率達(dá)70%以上。

5.2 差距分析

5.2.1 電池回收技術(shù)儲(chǔ)備不足

回收廢舊鋰離子電池安全性差，容易出現(xiàn)短路，造成局部過熱而自燃甚至爆炸；拆解過程設(shè)備的自動(dòng)化程度低、處理效率不高；收集和回收技術(shù)不完善容易造成二次環(huán)境污染。

5.2.2 動(dòng)力電池回收管理體系不完善

未出臺(tái)專門的動(dòng)力電池回收管理規(guī)定，缺乏生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度，回收責(zé)任主體不明確。

5.2.3 實(shí)現(xiàn)路徑

建立動(dòng)力電池回收體系的標(biāo)準(zhǔn)體系，包括全國(guó)統(tǒng)一的動(dòng)力電池信息編碼標(biāo)準(zhǔn)、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的統(tǒng)一通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)等，推動(dòng)動(dòng)力電池回收利用的關(guān)鍵技術(shù)。

6 新能源動(dòng)力電池回收模式的構(gòu)建

6.1 第三方回收模式

第三方回收企業(yè)作為電池回收主體，自主建立回收網(wǎng)絡(luò)完成從電池回收到資源化利用全過程的商業(yè)模式。以格林美為回收代表企業(yè)進(jìn)行分析：格林美注重回收網(wǎng)絡(luò)和產(chǎn)業(yè)合作生態(tài)建設(shè)，同時(shí)致力于打造新能源全生命周期價(jià)值鏈，在動(dòng)力電池回收業(yè)務(wù)領(lǐng)域建立起了產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵成功要素一：保障資源渠道，構(gòu)建回收網(wǎng)絡(luò)

公司通過深化產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同發(fā)展不斷拓寬渠道，廣泛布局回收基地，并與合作方攜手成功在南非、韓國(guó)、印尼布局動(dòng)力電池回收基地、實(shí)驗(yàn)室等，預(yù)計(jì)在2023年在歐洲布局回收工廠，輻射全球。

關(guān)鍵成功要素二：打通新能源全生命周期價(jià)值鏈

為打造動(dòng)力電池全生命周期價(jià)值鏈閉環(huán)，公司攻克了多項(xiàng)回收技術(shù)難題，并聚焦于新能源關(guān)鍵原料的定向循環(huán)模式，保障了新能源材料再造原料供應(yīng)體系的安全，實(shí)現(xiàn)了從廢料到原料到高端品牌產(chǎn)品的循環(huán)再造和精深加工模式。

近年來(lái)格林美電池回收產(chǎn)能及業(yè)務(wù)收入實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)，公司將“做大回收”列入其發(fā)展戰(zhàn)略之一，伴隨電池退役潮的來(lái)臨，未來(lái)公司動(dòng)力電池綜合利用規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。

6.1.1 電池回收綜合利用產(chǎn)能快速攀升

格林美動(dòng)力電池回收與梯級(jí)利用量展現(xiàn)出強(qiáng)勁增長(zhǎng)勢(shì)頭，預(yù)計(jì)2023年動(dòng)力電池回收量達(dá)到3萬(wàn)噸，梯次利用量接近2Gwh；目前已披露動(dòng)力電池回收的產(chǎn)能設(shè)計(jì)總拆解處理能力為21.5萬(wàn)噸/年，拆解再生利用規(guī)劃產(chǎn)能總量接近70萬(wàn)噸/年，梯次利用產(chǎn)能規(guī)劃超11GWh。

6.1.2 電池綜合利用業(yè)務(wù)將成為增長(zhǎng)引擎之一

公司持續(xù)深耕前沿核心技術(shù)，提前進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，提高動(dòng)力電池綜合回收利用能力。2025年公司回收目標(biāo)是2021年回收處理量的20倍以上，隨著電池退役潮的到來(lái)，預(yù)計(jì)動(dòng)力電池回收及梯次利用業(yè)務(wù)將成為公司未來(lái)營(yíng)收主力貢獻(xiàn)者。

6.2 電池生產(chǎn)商回收模式

電池生產(chǎn)企業(yè)作為電池回收主體，利用渠道優(yōu)勢(shì)打造對(duì)電池材料的閉環(huán)回收與廢舊電池梯次利用的商業(yè)模式。以寧德時(shí)代為回收代表企業(yè)進(jìn)行分析：寧德時(shí)代近年來(lái)進(jìn)一步完善公司在鋰電新能源產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略布局，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)協(xié)同優(yōu)勢(shì)，前瞻性布局回收業(yè)務(wù)以增強(qiáng)公司電池材料供應(yīng)的保障。廣東邦普是目前國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的廢舊鋰電池回收處理及高端電池材料生產(chǎn)的國(guó)家級(jí)高新科技企業(yè)之一。邦普循環(huán)總部位于廣東省佛山市，目前在全球已設(shè)立廣東佛山、湖南長(zhǎng)沙、寧德屏南、寧德福鼎、湖北宜昌、印尼莫羅瓦利、印尼緯達(dá)貝七大生產(chǎn)基地。邦普循環(huán)“一核兩翼”的產(chǎn)業(yè)布局，助力寧德時(shí)代形成電池關(guān)鍵材料的內(nèi)部循環(huán)，提高自身供應(yīng)鏈成本優(yōu)勢(shì)。

據(jù)寧德時(shí)代統(tǒng)計(jì)，2022年第一季度，共有2.13萬(wàn)噸廢舊電池被回收，并用于公司1.8萬(wàn)噸電池前體的生產(chǎn)，內(nèi)循環(huán)體系優(yōu)勢(shì)將逐漸突顯。邦普一體化產(chǎn)業(yè)園的建立有利于進(jìn)一步完善寧德時(shí)代在鋰電新能源產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略布局，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)協(xié)同優(yōu)勢(shì)，保障電池材料供應(yīng)。預(yù)計(jì)2035年之后，寧德時(shí)代將能夠通過回收退役電池材料來(lái)滿足很大一部分原材料需求，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)供應(yīng)鏈。

6.3 整車企業(yè)主導(dǎo)的聯(lián)盟回收模式

產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟模式是理論上較為理想的一種商業(yè)模式，多由整車企業(yè)牽頭，運(yùn)用產(chǎn)業(yè)鏈上下游各成員企業(yè)的經(jīng)銷服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和回收技術(shù)實(shí)現(xiàn)回收業(yè)務(wù)的增效降本、減少市場(chǎng)惡性競(jìng)爭(zhēng)，但在實(shí)際商業(yè)化運(yùn)營(yíng)層面仍在初步嘗試階段。以比亞迪為回收代表企業(yè)進(jìn)行分析：比亞迪依托對(duì)電池核心技術(shù)的把握和電池裝機(jī)規(guī)模的優(yōu)勢(shì)，自建電池回收的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，完成產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)。依托自有品牌新能源汽車銷售放量，比亞迪的動(dòng)力電池裝機(jī)量穩(wěn)步攀升，自有品牌退役電池回收即可形成規(guī)模。比亞迪在自身生態(tài)內(nèi)部打造了“電池生產(chǎn)—整車生產(chǎn)—電池回收—篩選評(píng)估—再生利用”的完整端到端的產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)。

在回收渠道方面，比亞迪在全國(guó)設(shè)有由51家專門電池回收網(wǎng)點(diǎn)和授權(quán)經(jīng)商組成的退役電池回收網(wǎng)絡(luò)。在評(píng)估篩選方面，比亞迪旗下的寶龍工廠對(duì)退役電池進(jìn)行拆解評(píng)估，選擇合適方式對(duì)電池進(jìn)行綜合再生利用，憑借對(duì)閉環(huán)價(jià)值鏈帶來(lái)的核心技術(shù)把控，實(shí)現(xiàn)高效的精細(xì)化拆解回收。

在拆解回收方面，比亞迪旗下的惠州材料工廠統(tǒng)一負(fù)責(zé)回收正極材料，此外于2015年與格林美在拆解回收方面達(dá)成了戰(zhàn)略協(xié)作。

7 結(jié)語(yǔ)

新能源汽車動(dòng)力電池回收技術(shù)是動(dòng)力電池未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)方向，因?yàn)樗粌H關(guān)乎到人類的健康與環(huán)境發(fā)展的需要，而且對(duì)緩解資源約束，提升經(jīng)濟(jì)性都有著重要的意義，因此如何進(jìn)一步構(gòu)建出更好更優(yōu)的動(dòng)力電池回收模式顯得尤為重要。

項(xiàng)目基金：本文系2022年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“綠色發(fā)展背景下新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收模式探索與研究”（2022KY1089）研究成果。

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