背景近年来;受益于政策、补贴;我国新能源汽车呈现快速增长 ;进而导致 动力锂电池的需求量和报废量不断增长.统计数据显示;2015 年中国锂电 池总产量47.13Gwh;其中；动力电池产量16.9Gwh;占比36.07%；消费锂电 池产量23.69Gwh;占比50.26%；储能锂电池产量1.73Gwh;占比3.67%.报 告测算 ; 到 2020 年动力锂电池的需求量将达到 125Gwh; 报废量将达 32.2Gwh;约50万吨；到2023年;报废量将达到101Gwh ;约116万吨.当前;电池金属材料资源的供需不平衡正逐渐显现.随着新能源车下 游需求逐步明确;国内动力电池厂商2016-2017年纷纷扩大产能;尤其是三 元电池的扩张;进一步提升了对钴的需求因此从废旧电池中回收再利用钴 也越来越具有经济性 . .对企业而言;动力电池回收蕴藏着巨大的商机 ;经 过回收处理;可以为电池生产商节约原材料成本 . .此外;动力电池回收还 与政府建设低碳经济和环境友好型社会密切相关. .电动汽车的动力电池性能会随着充电次数的增加而衰减 ;当电池容量 衰减至额定容量的 80%以下时;动力电池就不适于应用在电动汽车上;这意 味着其在电动汽车上的使用寿命终止.如果直接将电池淘汰;必将造成资 源的严重浪费;同时也会导致环境污染. .国标 GB/T34013-2017 电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸明确规定 了电动汽车用动力蓄电池的单体、模块和标准箱尺寸规格要求. .这一标准 可有效解决此前存在于动力电池梯次利用中 ;动力电池由于尺寸不一难以 匹配储能电站或家用储能设备结构的难题;也降低了动力电池的梯次回收 利用的门槛.国标 GB/T34014-2017 汽车动力蓄电池编码规则规定了动力电池编码 基本原则、编码对象、代码结构和数据载体.该标准发布;可在动力电池生 产管理、维护和溯源、电动汽车关键参数监控;特别是在动力电池回收利用 环节;凭借可追溯性和唯一性;更加准确地确定动力电池回收的责任主体. .国标 GB/T34015-2017 车用动力电池回收利用余能检测.则规范了动 力电池外观检查、极性检测、电压判别、充放电电流判别、余能测试等检 测流程;为车用动力电池的余能检测提供评价依据 ;有助于提高废旧动力 蓄电池余能检测的安全性和科学性.随着新能源汽车保有量的增长;动力锂电池的梯次利用和回收成为一 个必须面对的问题.在动力锂电池梯次利用和回收尚未发展成熟的情况 下;运营模式就显得尤为重要 ;这关乎成本和盈利等企业切身利益 .目前 国内已有企业在动力锂电池的梯次利用和回收方面展开布局 ;运营模式也 各有不同.动力电池梯次利用的意义在于从电池原材料电池电池系统汽 车应用二次利用资源回收电池原材料的电池全生命周期使用角度 考虑;可以降低电池成本;避免环境污染. .针对退役的动力电池;有两种可行的处理方法. .一种是直接作为工业 废品;进行报废和拆解;提炼其中的原材料;实现原材料的循环利用. .另一 种方式则是考虑退役的动力电池 ;虽然已经不满足汽车的使用条件 ;但仍 然拥有一定的余能;其寿命并未完全终止 ;可以用在其他领域作为电能的 载体使用;从而充分发挥其剩余价值.退役电池单体之间存在差异 ;尤其是均匀性上 ;有时候能量的衰减是 非线性、断崖式的;就如同木桶理论最短的木板起决定作用;最差的电 池则决定了整 个储能系统的性能目前我国动力电池回收处理技术发展较为成熟 ;但管理相对落后 ;阻 碍了动力电池回收产业的发展 .主要表现在：回收网络不健全;回收网络 主要由中小回收公司组成;难以得到有效回收；回收企业规模较小;工艺水 平不健全;较难保证资源回收效率；存在没有经营许可的企业非法从事废 旧动力电池回收;带来安全和环保隐患.据了解;目前国内外对废旧锂离子电池的回收过程是：首先彻底放电; 然后对电池进行拆解分离出正极、负极、电解液和隔膜等各组成部分;再对 电极材料进行碱浸出、酸浸出、除杂后进行萃取以实现有价金属的富集. 梯次利用梯次利用的前提首先从全生命周期追溯 .如果不解决电池使用过程 中到底怎么使用的、使用状况是什么样的;梯次利用也无从谈起.梯次利用技术难点一是探索最佳配组方案 ;标准模组直接梯次利用是 最佳方案;单只问题电芯导致模组需要拆解并重新组合 .难点二是集中式 大型储能电站安全性 .磷酸铁锂电芯的大规模储能梯次利用是可行的 ;退 役的三元电芯的集中式储能方案不现实 ;适合直接资源化回收 .难点三是 BMS 元器件老化;电子元器件的老化失效需要技术验证.2009 年日本东芝提出对 SCIB 电池进行二次利用.2013 年之后;国内 众多动力电池企业、电动汽车企业也都积极开展动力电池梯次利用基础研 究.电动汽车市场化快速发展让动力电池的梯次利用有了“现实需求”; 研发及应用逐渐增多.电动汽车的梯次利用要考虑到电动汽车的复杂性 ;但技术上总体可 行.在工程示范应用方面;国网建有 30KW/1MWh 梯次利用锰酸锂电池储能 系统和250KW/lMWh梯次利用磷酸铁锂电池储能系统.总体来讲;我们需要关注三个方面的问题： 技术性可行性方面：包括老化程度、后期衰退、安全性、可靠性;涉 及到老化、失效机理;后续寿命;安全性、可靠性检测、分级筛选技术、工 况测试;重组与管理技术等方面;但相关标准目前仍缺失. 经济可行性方面；包括旧电池成本计运输/检测、重组成本；新电池 成本的快速降低;低成本的竞争性储能技术;再利用的收益;需要快速检测 /分选/成本技术;电池系统组件综合再利用等. 市场方面;所有权复杂、电池残值、风险责任、电力市场;这方面还 需要政府支撑与扶持;产业界的积极响应和. .总体来说 ;随着动力电池技术进步和性能的提高 ;相关标准的逐步完 善;都利于其梯次利用.而动力电池梯次利用的经济性随着储能市场的发 展及电池梯次利用规模化的应用;也逐渐显现.在回收工艺方面 ;我们实现了电池安全无污染的拆解 ;通过碱液中和 去除电解液;对碱液也进行处理和再利用;同时也实现正负极、隔膜等所有 材料的有效分离;对碱液实现全收集和净化处理 .创新之处是碱液中和 ; 无高温煅烧;无烟尘、尾气排放;实现 100%分离;同时适用于 LFP 与三元电 池回收处理.但同时也存在挑战;即设备自动化低和处理效率低.从整个投入来看;回收处理 1 吨废旧电池的花费约在 5575 元;回收处 理 1 吨废旧三元电池的收益为 5900 元.三元电池回收可实现预期经济效 益;LFP电池回收;须通过提高回收处理效率以期实现经济效益平衡.总而言之;要实现铁锂电池回收;回收效率是一个关键. 我国正处于电池梯次利用的起步阶段;技术难点还有重组技术、寿命 预测和离散整合技术等. .寿命预测是整个梯次利用产品技术的关键点;如 果不掌握产品的使用寿命 ;试问如何为客户提供质量保证呢 所以从电池 企业的角度出发;攻克寿命预测技术是梯次利用项目的重中之重. .当然;寿命预测技术之所以难;是由于很多关键技术集中体现;如衰减 机理、检测、消耗量等. .还有一个难点;在不同的情况、不同的地区环境和工况下;电池的消耗 速率并不一样;同一时间退役的一批电池;将出现不同的衰减速率;而将分 布不均匀的电池重新应用于一个产品中 ;对于整个行业来讲;这是一个难 点.离散整合技术的关键点就是在管理系统里如何让系统更有效地应用 剩余的能量 ;目前业内都在集中力量攻克这个难点 ;重点解决不同的离散 程度的电池包如何在一个系统里高效运行.电池材料回收方面;宁德时代与具备材料回收资质的企业合作. .从操 作流程来讲;主要包括电池包分类、拆解及材料回收三步骤. .目前;针对材料回收的拆解环境、运输条件;企业都在制定标准;今年 可推出材料回收和包装运输的标准;计划在2017年推行一系列梯次利用标 准.具体而言;电池拆解是通过破碎变成电极粉;再将相关金属进行回收； 材料回收主要是通过电极粉、经过酸碱、萃取;然后变成三元材料;最终呈 现的产物是硫酸镍、硫酸锰、硫酸钴等. .对此;确保回收过程也是环保回收 是衡量梯次利用的一个重要标准;因此过程监控显得非常重要.基于此;国家对场地、拆解环境、拆解设备、拆解人员做出相应的要求; 企业在制定标准时也涉及到设备、人员资质、拆解环境、油水分离等问题. . 总而言之;材料回收在保证环保的同时;要达到较高的回收率. .最后;电池材料回收是通过“物理+化学”的方法;整车企业无须过多 考虑后端处理的问题. .相对而言 ;梯次利用更能够发挥产品的最大价值 ;实现循环经济的利 益最大化;是更为绿色和环保的做法. .但梯次利用所面临的难题和挑战也 非常的多;如果不能有效解决;就不能实现真正的产业化. .1. 电池拆解动力电池退役时;是整个pack从车上拆解下来的.不同的车型有不同 的电池 pack 设计;其内外部结构设计;模组连接方式;工艺技术各不相同; 意味着不可能用一套拆解流水线适合所有的电池 pack 和内部模组.那么; 在电池拆解方面;就需要进行柔性化的配置;将拆解流水线进行分段细化; 针对不同的电池pack;在制定拆解操作流程时；要尽可能复用现有流水线 的工段和工序;以提高作业效率;降低重复投资.在拆解作业时;不可能完全实现自动化;必然存在大量的人工作业;而 pack 本身是高能量载体;如果操作不当;可能会发生短路、漏液等各种安全 问题;进而可能造成起火或爆炸;导致人员伤亡和财产损失 .因此;采取什 么样的措施和方法;确保电池拆解过程中的安全作业 ;是梯次利用的一个 重点.2. 剩余寿命预测这里分两种情况考虑 ;一种是动力电池在服役期间 ;其相关运行数据 有完整记录;那么当梯次利用的厂家拿到这些数据之后 ;结合电池的出厂 数据;可以建立电池模组的简单寿命模型;能够大致估算出;在特定运行条 件下电池模组的剩余寿命根据所设定的终止条件.另一种情况就恶劣的多了 ;动力电池的使用情况并无数据记录 ;仅有 出厂时的原始数据如标称容量、电压、额定循环寿命等;使用过程未知;当 前状态未知.当梯次利用的厂家拿到电池后 ;如何判断其健康状态和剩余 寿命呢 这就需要对每个模组进行测试 ;先明确其当前的健康状态;然后要 根据测试数据和出厂时的原始数据 ;建立一个对应关系;根据不同的材料 体系;大致估算其潜藏的剩余价值.第二种情况;梯次利用的成本会提高很多;测试设备、测试费用、测试 时间、分析建模等;都会增加不少的成本;导致梯次利用的经济价值降低. 基于有限的数据 ;对剩余寿命的预测也是不准确的 ;这无疑又会增加梯次 利用产品的品质风险;使得产品的生命周期成本较高 .所以;如何做到快 速无损的检测;是该种情况下梯次利用的关键所在.3. 系统集成技术梯次利用;最合理的应该是拆解到模组级;而不是电芯级;因为电芯之 间的连接通常都是激光焊接或其他刚性连接工艺 ;要做到无损拆解;难度 极大;考虑成本和收益;得不偿失.不同批次的电池模组;甚至来自不同厂家的电池模组 ;如何在同一系 统中混用 这里面有几个系统集成技术必须着重考虑并解决：1 分组技术需要对不同的电池模组建立数据库;根据材料体系、容量、内阻、剩余 循环寿命等参数重新分组 .分组参数设定要合理 ;过大不好 ;模组离散性 大;成组为系统后;对系统性能和寿命影响很大；过小也不行;分组过于严 格;会导致可匹配的模组少;系统集成困难;产品成本很高.2 成组技术什么类型的电池模组可以成组为系统;这需要结合产品定位和目标市 场高端 中端 低端 ;现有电池模组等级和类型;以及产品开发具体目标性 能;寿命等;建立一个系统级模型;推算出相关的匹配系数;确定产品的总 体方案.