詹園園,劉振東,陳卓瑛

(1.惠州億緯鋰能股份有限公司,廣東 惠州 516000;2.中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院,北京 100176)

0 引言

鋰離子電池是一種通過(guò)內(nèi)部鋰離子的嵌入和脫出過(guò)程將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的器件,目前廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、電動(dòng)工具、新能源車(chē)輛、儲(chǔ)能電站等領(lǐng)域。根據(jù)工業(yè)和信息化部的數(shù)據(jù),2022年全國(guó)鋰離子電池的產(chǎn)量在750 GWh左右。然而,一旦這些電池使用完畢,將會(huì)產(chǎn)生625萬(wàn)噸的廢舊電池,如果這些電池不能得到合理處理,不僅會(huì)造成資源浪費(fèi),還會(huì)給環(huán)境和生物帶來(lái)不可估量的損害。根據(jù)工業(yè)和信息化部發(fā)布的《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件(2021年本)》[1],其中工藝技術(shù)和質(zhì)量管理?xiàng)l款規(guī)定,企業(yè)應(yīng)依據(jù)有關(guān)政策及標(biāo)準(zhǔn),對(duì)鋰離子電池產(chǎn)品進(jìn)行編碼,并建立全生命周期的溯源體系,鼓勵(lì)企業(yè)應(yīng)用主動(dòng)溯源技術(shù)。動(dòng)力鋰離子電池因其在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用而成為國(guó)家發(fā)展規(guī)劃的重要領(lǐng)域。在發(fā)展初期,已陸續(xù)完善了動(dòng)力電池回收體系和相關(guān)溯源研究[2,3],包括行業(yè)規(guī)范、回收網(wǎng)點(diǎn)、溯源管理等政策,其中《新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用溯源管理暫行規(guī)定》[4]全面規(guī)定了各環(huán)節(jié)企業(yè)主體應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任,包括動(dòng)力電池編碼規(guī)則的統(tǒng)一、動(dòng)力電池編碼的備案以及整車(chē)的關(guān)聯(lián)等。該規(guī)定要求對(duì)電池從生產(chǎn)、銷(xiāo)售、使用到報(bào)廢等過(guò)程進(jìn)行信息采集,以確保全生命周期的信息追溯。《新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用溯源管理暫行規(guī)定》自2018年開(kāi)始生效,在執(zhí)行過(guò)程中有效地管控了動(dòng)力電池的全生命周期狀態(tài),同時(shí)有效避免了廢舊動(dòng)力電池流入小作坊等不正規(guī)渠道。

在歐盟的新電池法規(guī)中,增加了標(biāo)簽和電池護(hù)照的要求。首先,標(biāo)簽用于線下辨識(shí)、查詢(xún)電池的基本信息。其次,電池護(hù)照用于線上登記和查詢(xún)。歐盟委員會(huì)將建立一個(gè)通用的電子信息交付系統(tǒng),用于存儲(chǔ)和傳遞電池的相關(guān)信息,特別是對(duì)于工業(yè)用電池和電動(dòng)汽車(chē)電池。

在國(guó)家“雙碳”背景下,儲(chǔ)能電池將迎來(lái)爆發(fā)期。據(jù)預(yù)計(jì),到2025年,儲(chǔ)能電池的裝機(jī)量將達(dá)到76.3 GWh,但目前儲(chǔ)能電池和消費(fèi)類(lèi)電池沒(méi)有統(tǒng)一的編碼規(guī)則,國(guó)家層面無(wú)法實(shí)現(xiàn)全生命周期的追溯。同時(shí),也沒(méi)有相關(guān)文件規(guī)定電池報(bào)廢后的責(zé)任主體,很難保證退役后的鋰離子電池進(jìn)入正規(guī)企業(yè)進(jìn)行回收及處理?！朵囯x子電池行業(yè)規(guī)范條件(2021本)》的發(fā)布將推動(dòng)政府和行業(yè)完善全類(lèi)型鋰離子電池的溯源體系,確保鋰離子電池的信息可查、去向可追。

1 動(dòng)力電池溯源管理

1.1 政策及標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)

從2016年開(kāi)始,國(guó)家相關(guān)部門(mén)陸續(xù)制定并發(fā)布了一系列與動(dòng)力電池回收相關(guān)的政策。這些政策的發(fā)布規(guī)律是圍繞動(dòng)力電池回收體系建立的環(huán)節(jié)來(lái)逐步完善的。首次發(fā)布的政策是《電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用技術(shù)政策(2015年版)》[5],該政策從電池研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用到回收的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行要求,并規(guī)定了各個(gè)環(huán)節(jié)的責(zé)任主體。隨后陸續(xù)發(fā)布了電池溯源、回收網(wǎng)點(diǎn)、梯次利用及綜合利用企業(yè)的相關(guān)規(guī)定。電池溯源是串聯(lián)電池從生產(chǎn)到報(bào)廢的重要鏈條,有效保障了電池在各個(gè)環(huán)節(jié)中的追溯。表1是鋰離子電池溯源的相關(guān)政策。

表1 部分鋰離子電池溯源的相關(guān)政策Table 1 Relevant policies for traceability of some lithium-ion batteries

1.2 動(dòng)力電池溯源管理要求

溯源管理包括溯源管理的相關(guān)流程、要求和溯源管理的平臺(tái)及技術(shù)。2018年7月3日,工業(yè)和信息化部發(fā)布《新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用溯源管理暫行規(guī)定》,該規(guī)定要求對(duì)動(dòng)力電池的生產(chǎn)、銷(xiāo)售、使用、報(bào)廢、回收、利用等全過(guò)程進(jìn)行信息采集,并實(shí)時(shí)監(jiān)督各環(huán)節(jié)主體履行回收利用責(zé)任的情況。通過(guò)電池編碼的溯源(按照GB/T 34014—2017《汽車(chē)動(dòng)力蓄電池編碼規(guī)則》進(jìn)行編碼[6]),從生產(chǎn)到回收利用,形成一個(gè)全閉環(huán)的管理系統(tǒng)。

《新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用溯源管理暫行規(guī)定》是一項(xiàng)規(guī)范性政策,目前在整個(gè)全產(chǎn)業(yè)鏈中基本被強(qiáng)制執(zhí)行。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最重要原因是動(dòng)力蓄電池被廣泛應(yīng)用于新能源汽車(chē)行業(yè),而新能源汽車(chē)的管理是按照傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的模式。從新能源汽車(chē)的發(fā)展初期到現(xiàn)在,整個(gè)監(jiān)管體系已基本完善,動(dòng)力蓄電池作為其中的一個(gè)零部件,被納入整車(chē)備案中進(jìn)行強(qiáng)制管理,整車(chē)企業(yè)強(qiáng)制上下游企業(yè)執(zhí)行管理規(guī)定中的要求。

從當(dāng)前的管理思路來(lái)看,整車(chē)備案和公告是新能源汽車(chē)管理的必要環(huán)節(jié),從整車(chē)的源頭開(kāi)始進(jìn)行管控,包括裝機(jī)的電池產(chǎn)品。首先,電池生產(chǎn)企業(yè)在國(guó)家平臺(tái)完成動(dòng)力電池的備案,然后汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)將新能源汽車(chē)編碼(車(chē)輛識(shí)別碼)以及相關(guān)的動(dòng)力電池包編碼(包括模組和電芯)報(bào)送至國(guó)家溯源系統(tǒng)(新能源汽車(chē)國(guó)家監(jiān)測(cè)與動(dòng)力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺(tái)),信息報(bào)送后,動(dòng)力電池的追溯就可以在應(yīng)用端開(kāi)啟。

在整個(gè)動(dòng)力電池溯源管理研究的過(guò)程中,完成溯源管理政策及動(dòng)力電池編碼標(biāo)準(zhǔn)等一系列文件的制定,同時(shí)上線動(dòng)力電池溯源相關(guān)平臺(tái),包括動(dòng)力電池編碼備案平臺(tái)、新能源汽車(chē)和動(dòng)力電池溯源管理平臺(tái),以實(shí)現(xiàn)理論管理與實(shí)踐操作的聯(lián)動(dòng)。

2 儲(chǔ)能及消費(fèi)鋰離子電池溯源管理

儲(chǔ)能及消費(fèi)鋰離子電池溯源管理思路是建立在動(dòng)力電池溯源管理的基礎(chǔ)上的。根據(jù)消費(fèi)鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域和儲(chǔ)能電池應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn),工業(yè)和信息化部電子司組織制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和溯源管理平臺(tái)。溯源管理的原則是既要保證生產(chǎn)銷(xiāo)售到市場(chǎng)的鋰離子電池的信息(如主要原材料、產(chǎn)品基本信息、生產(chǎn)工藝信息)可追溯,又要保證企業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)秘密。在這個(gè)過(guò)程中,鋰離子電池溯源平臺(tái)與企業(yè)溯源系統(tǒng)的信息轉(zhuǎn)碼變得尤為重要。

2.1 鋰離子電池編碼規(guī)則的制定

制定鋰離子電池編碼規(guī)則時(shí),需要考慮電池本身的特性,如消費(fèi)電池的定制性、外觀尺寸和應(yīng)用市場(chǎng)的多樣性。對(duì)于儲(chǔ)能電池,外形和尺寸與動(dòng)力電池類(lèi)似,應(yīng)用領(lǐng)域相對(duì)單一,可以參照動(dòng)力電池的編碼規(guī)則和管理模式。目前已有儲(chǔ)能用的編碼標(biāo)準(zhǔn),如DL/T 2082—2020《電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)溯源編碼規(guī)范》[8]。由于電化學(xué)儲(chǔ)能管轄的復(fù)雜性,市場(chǎng)上的儲(chǔ)能系統(tǒng)基本沒(méi)有采用該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼。因此,如何在市場(chǎng)層面強(qiáng)制要求儲(chǔ)能系統(tǒng)采用編碼標(biāo)準(zhǔn)是目前需要解決的首要問(wèn)題。

鋰離子電池編碼規(guī)則的制定思路:首先編碼是用于產(chǎn)品的識(shí)別;其次編碼是溯源過(guò)程中的一個(gè)橋梁,可傳遞產(chǎn)品的基本信息、生產(chǎn)信息、使用信息及回收信息?；谶@些要求,電池編碼基本信息需要包括:企業(yè)信息、電池類(lèi)別、電池的型號(hào)(涉及尺寸、容量、質(zhì)量等)、生產(chǎn)信息、應(yīng)用的領(lǐng)域和回收信息等。

2.2 管理環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

鋰離子電池的溯源管理結(jié)合理論文件和實(shí)時(shí)在線系統(tǒng),以規(guī)范行業(yè)產(chǎn)品的統(tǒng)一使用規(guī)則及平臺(tái)。統(tǒng)一使用規(guī)則是在國(guó)家主管部門(mén)的牽頭下完成國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定,同時(shí)搭建用于電池信息備案及溯源的平臺(tái),具體過(guò)程如圖1所示。其中,一類(lèi)信息由主管部門(mén)規(guī)定,即電池編碼由行業(yè)統(tǒng)一;二類(lèi)和三類(lèi)信息由企業(yè)自己規(guī)定,可包括產(chǎn)品認(rèn)證信息、原材料供應(yīng)商信息、可再生材料的使用比例、產(chǎn)品符合的標(biāo)準(zhǔn)等。

圖1 追溯信息解析過(guò)程Fig.1 Tracing information analysis process

3 展望及趨勢(shì)

在“雙碳”背景下,新能源汽車(chē)及綠色能源行業(yè)將成為各個(gè)國(guó)家未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。然而這些領(lǐng)域都依賴(lài)于重要的部件——鋰離子電池。為了推動(dòng)行業(yè)的健康發(fā)展,對(duì)鋰離子電池全生命周期進(jìn)行監(jiān)控變得至關(guān)重要,這包括產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)后的狀態(tài)記錄、跟蹤以及報(bào)廢的時(shí)間段等。在政府和行業(yè)的共同努力下,各類(lèi)鋰離子電池管理要求和溯源平臺(tái)正在逐步完善。目前,動(dòng)力電池溯源體系已基本建立,儲(chǔ)能及消費(fèi)鋰離子電池的溯源管理正在搭建中。如何滿(mǎn)足特殊市場(chǎng)的要求,是當(dāng)前需要解決的問(wèn)題。在國(guó)家政策的支持下,鋰離子電池的溯源管理方案和體系將逐步完善,為其他國(guó)家或國(guó)際上關(guān)于鋰離子電池的標(biāo)簽和電池護(hù)照的研究提供可靠經(jīng)驗(yàn)。

同時(shí),在動(dòng)力電池回收及溯源管理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上[9],制定儲(chǔ)能及消費(fèi)鋰離子電池的溯源管理要求,完善全系鋰離子電池的追溯管理,可有效提高鋰離子電池全生命周期的監(jiān)控及回收比例,為新能源行業(yè)及國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供有效保障。