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我国动力锂电池回收利用的紧迫性及对策建议
发布时间:2018-03-27 16:02  来源:工业经济论坛  作者:刘文婷 高宏

 引言

当前,我国已成为全球最大的动力电池生产国。特别是近年来,我国新能源汽车市场日益蓬勃发展。作为新能源汽车的心脏,动力锂电池产业也在迅猛增长。面对日渐紧逼的首批新能源汽车动力电池退役潮,动力锂电池回收利用市场正在形成,规范我国车用动力电池回收利用的相关政策也即将出台,但如何处理好渐成规模的退役动力电池的回收利用,将是影响新能源汽车发展的重大课题[1-6]

一、动力锂电池回收利用的紧迫性
(一)我国动力锂电池即将迎来报废潮

近年来,在国家政策的引导和推动下,我国新能源汽车产业发展迅猛。2016新能源汽车全年销量为50.7万辆,保有量已突破100万辆,位居全球第一。20171-9月,新能源汽车产销量分别为42.4万辆和39.8万辆,同比增长40.2%37.7%。按照新能源汽车电池5-8年的使用年限计算,目前已经有部分新能源汽车面临电池回收的问题。而且,据预测我国动力电池将在2020年前后进入报废高峰,届时,其报废量将超过24.8万吨,约为2016年的20倍。报废电池如何处理已迫在眉睫。

(二)退役电池回收利用的经济效益和社会效益显著

我国动力电池以锂电池为主,其退役后主要有梯次利用和拆解回收两种方式。首先是梯次利用。动力锂电池被淘汰后,可继续用于新能源分布式发电站、路灯、通讯基站等储能领域,也可用在电动场地车、游览车等低速电动车上,具有很大的再利用价值。其次是拆解回收。一是环保效应显著。报废后的锂电池正极材料、电解质若处理不当,将会对环境产生巨大污染。二是经济效益高。一方面,可以缓解我国资源瓶颈。例如,我国重要的战略金属钴元素,近年来进口依赖度高达95%,而且价格持续上升。当前60%-70%的钴用于电池生产,以成熟的技术对其进行回收利用意义显著。另一方面,经济价值不容小觑。据估计,从废弃电池中回收钴、镍、锂、锰、铁和铝等多种金属所创造的市场规模在2018年将超过53亿元,2020年将超过100亿元。

(三)退役电池在通信基站储能梯次利用有望先行
近年来,我国对退役锂电池的梯次利用展开了积极探索,建立了部分示范工程。特别在通信基站储能领域,锂电池已逐渐取代铅酸电池,而磷酸铁锂电池以重量体积轻巧、超长寿命、可大电流快速充放电、耐高温、绿色环保、使用场景受限小等优势成为最佳选择。磷酸铁锂电池与铅酸电池的比较如表1所示。例如,中国铁塔股份有限公司拥有国内180万座通讯基站,是最适合开展动力锂电池递次利用的企业之一。自2016年起该公司将纯电动大巴退役下来的动力锂电池,经过检测、分选和重组后用于通信基站储能,在经济、环境效益等方面优势明显。
二、我国动力锂电池回收利用面临的主要问题与挑战
(一)退役动力锂电池的安全性难以保证

退役动力锂电池的质量直接影响梯次利用的安全。一方面,锂电池自身的安全性难以保证。锂金属化学特性活泼、易爆炸,在生产、运输和使用过程中,电芯的内外部短路、环境温度过高、机械外力滥用、过充电等都可能引发事故;此外废旧动力锂电池在回收、拆解、处理过程中操作不当,也极易起火爆炸。另一方面,废弃动力锂电池品质不高。尽管新能源汽车企业已建立监测平台,但数据采集频次过低、密度太小,不足以有效分析电池的衰减情况,再进行二次利用寿命预测时,准确度会有偏差,电池的一致性无法保障。而由大量退役电池单体组成的储能系统遵循木桶理论,即最差的电池决定了整个储能系统的性能,若将有问题的电池继续用于通信基站,整个系统将面临巨大的安全风险。

(二)技术难度造成梯次利用成本瓶颈
在通信基站领域,梯次利用电池的关键指标是成本和安全。然而,现阶段动力锂电池回收利用价格是储能锂电池价格的65%-85%,价格优势不明显。目前梯次利用主要有两种方案。第一种方案是将退役动力锂电池进行拆解电芯,集中筛选重新组成标准化模块。但退役动力锂电池的回收、运输、电池测试、筛选和系统重组等环节技术难度大、工艺复杂,且人工成本高昂,使退役电池梯次利用的经济意义荡然无存。据报道,采用机械法和湿法回收废旧磷酸铁锂电池,其回收处理1吨废旧电池的成本为8540元,而再生材料的收益仅8110元,亏损430元。
第二种方案是在退役动力锂电池基础上直接改造使用,电池无需拆解,通过在电池的前端加装相应的DC或者AC转换器,再直接接入开关电源中作为备用电源使用。曾有测试数据显示,某基站断电之后仍坚持了20个小时,但此方案难以大规模推广。一方面,现阶段我国动力电池生产企业多达四五百家,电池的尺寸、接口、大小尚未实现标准化,给电池回收利用的便捷性、回收装备开发等造成极大不便。另一方面,退役电池若要再利用到备用电源中,电池材料对杂质含量的控制、批次稳定性以及一致性的要求都非常高,很难形成规模化市场,导致成本居高不下。
(三)市场混乱,回收网络体系不健全
一是无资质的小作坊充斥市常当前,我国锂电池回收市场长期处于散、乱、差状态,90%以上的废旧电池都流入了无资质的翻新小作坊。这些小作坊工艺设备落后,在回收后,仅对废弃锂电池进行简单修复,甚至重新包装后就流回二手市常而一些损坏或报废的锂电池,则面临无人回收的局面。二是回收网络体系不健全。按照规定汽车生产企业应负责退役动力锂电池的回收,但汽车生产商通常将责任上移至电池供应商,而电池生产企业又没有全国性的回收网络,导致现阶段我国电池回收率不足3%
(四)回收利用的法规体系亟待完善
一是现有的政策法规支撑力和约束力不足。当前,我国已出台包括《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策》等30多项产业政策鼓励动力电池的梯次利用,但这些均为引导性或推荐性指导文件,对于不法贸易商没有任何约束力。二是责任主体不明确。电池生产商、整车企业、回收利用企业、消费者等相关主体责任不清,导致电池回收进程缓慢。数据显示,2016年我国进入拆解程序的动力锂电池不足1万吨,超过八成的已回收电池仍滞留在汽车生产企业。三是缺乏有效的商业模式。在整个产业链环节中,如何盈利、收益怎样分配、相关成本由谁承担等问题亟待解决。例如,高昂的回收费用由谁支付成难题。格林美、邦普循环科技、超威集团等专业电池回收企业数量少,规模小,且利润微薄甚至长期处于亏损窘境,而主机厂、电池厂、拆解厂也都未找到合适的运营模式。四是缺乏复合型人才。动力锂电池的回收处理过程涉及物理、化学、材料、工程等多个交叉学科,需要从事人员有相当丰富的知识储备,然而我国复合型人才稀缺。
三、对策建议
(一)退役电池梯次利用必须把安全性置于首位
一是提高锂电池本质安全水平。加快安全设计、安全制造和安全使用的整体研究工作,引入成熟的易燃易爆产品防护手段,提高现场失效和滥用条件下锂电池的本质安全水平。二是加强安全检测评估工作。相关研究机构应尽快建立安全测试平台,加强对电池组件进行过充、热箱、针刺、挤压、温度冲击、外部短路、跌落等各项试验研究,提高成品的安全性能。三是加强电池全生命周期的监控。建立大数据追溯平台,实现电池全生命周期信息记录,为安全再利用提供评估依据。
(二)支持在通信基站储能率先开展锂电池梯次利用
一是抓住动力锂电池梯次利用时机,降低使用成本。支持骨干企业、科研院所尽快开展动力锂电池在通信基站的梯次利用,引导企业研发适用于高倍率充放电循环、高低温、恶劣环境和低维护等条件下使用的锂电池产品,努力提高性能、降低成本。二是关注5G发展新动态。锂电池储能希望在国内通信基站市场有所作为,数量多且体积孝布局灵活、功耗小的5G通信基站后备电源应成为未来发展重点方向,中小型数据中心也将成为通信基站锂电池应用新领地。三是淘汰落后工艺装备和产品,使动力锂电池回收材料和再利用电池具有经济可行性和安全性。
(三)培育锂电池回收利用市场良性发展
一是提高准入门槛。建议从建厂规模、设备产能、安全环保系数等方面提高电池回收企业的准入门槛。强化资质管理,坚决淘汰和取缔尚无资质凭证的企业。二是建立可全程监控的良性回收体系。利用互联网、大数据、物联网,开展信息采集、数据分析、流向监测等,防止小商贩的局部拆解,实现动力锂电池的全部完整回收。三是布局回收网点建设。鼓励汽车生产企业、电池生产企业、回收拆解企业与综合利用企业等通过多种形式,合作共建、共用废旧动力锂电池回收利用网络。四是大力发展具有回收专业水平的企业。扶持和培育龙头企业,发挥企业的示范和带动作用,同时也要防范企业借环保的旗号骗取优惠政策的违法行为。
(四)完善动力锂电池回收利用政策措施

一是细化政策,强化落实。如制定和实施奖惩措施,对梯次利用和回收企业按照电池套数、容量等进行补贴或税收优惠,对违反法律规定的企业进行严厉的惩罚;借鉴国外成功经验,如欧盟实行生产者承担回收费用的强制回收制度、美国采取附加环境费等方式落实延伸生产者责任制度。二是整合资源,建立共赢的商业模式。各利益相关方的协作与分享是趋势,联盟合作优于单打独斗。如比亚迪与格林美合作构建材料再造-电池再造-新能源汽车制造-动力电池回收的循环体系。三是通过完善锂电池标准体系促进电池回收规模化发展。对动力锂电池的结构设计、连接方式、工艺技术、集成安装等标准进行研究,从动力电池分类、电池的成分等方面建立统一的标准和体系,为锂电池回收利用的规范化和规模化发展奠定基矗

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