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动力电池梯级利用成热点框锯机

2020-07-10

目前动力电池整体的回收网络体系还很不健全,无论是梯次利用还是再生利用,都还未真正形成规模,技术也仍待升级。

今年开始我国将有大量动力电池进入报废期

我国自2010年开始试点新能源车补贴政策,2016年全面推广新能源车。而一般动力电池会在5——6年后退役。这意味着从2018年开始,我国将会有大量的动力电池进入报废期。

2009-2012年新能源汽车共推广1.7万辆,装配动力蓄电池约1.2GWh。2013年以后,新能源汽车大规模推广应用。2017年,我国新能源汽车销量达77.7万辆,连续三年位居世界第一。截至2017年底累计保有量约180万辆,占全球市场保有量的50%以上。累计推广新能源汽车180多万辆,装配动力蓄电池约86.9GWh。

据行业专家从企业质保期限、电池循环寿命、车辆使用工况等方面综合测算,2018年后新能源汽车动力蓄电池将进入规模化退役,预计到2020年累计将超过20万吨(24.6GWh)。如果按70%可用于梯次利用,大约有累计6万吨电池需要报废处理。

但目前,动力电池整体的回收网络体系还很不健全,无论是梯级利用还是再生利用,都还未真正形成规模,技术也仍待升级。据了解,我国只有少数几家第三方回收企业自建了回收网络,车企、电池企业、回收企业、物流企业协同联动的动力电池回收体系远未建立。

动力电池回收面临的问题和困难

目前,我国一些电池回收企业仍采用手工拆解或者传统回收工艺,不仅无法盈利,反而可能亏损。作为一个新兴领域,目前动力电池回收利用仍处于起步阶段,面临着一些突出的问题和困难:

一是回收利用体系尚未形成。目前绝大部分动力蓄电池尚未退役,汽车生产、电池生产、综合利用等企业之间未建立有效的合作机制。同时,在落实生产者责任延伸制度方面,还需要进一步细化完善相关法律支撑。

二是回收利用技术能力不足。目前企业技术储备不足,动力蓄电池生态设计、梯次利用、有价金属高效提取等关键共性技术和装备有待突破。退役动力蓄电池放电、存储以及梯次利用产品等标准缺乏。

三是激励政策措施保障少。受技术和规模影响,目前市场上回收有价金属收益不高,经济性较差。相关财税激励政策不健全,市场化的回收利用机制尚未建立。

业内人士呼吁制定更加详尽细致的标准。有专家表示,当务之急是尽快解决电池溯源问题,利用新能源汽车监督平台建立电池溯源机制,做到电池从“生”到“死”的全过程可追溯。同时扶持具有研发和提炼能力的企业,特别是引导梯级利用企业与电池企业融合发展,引导再生利用企业与资源材料企业融合发展。

七部委联合制定回收利用《管理办法》

根据动力电池回收利用的发展需要,今年2月,工信部等七部委联合制定《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》。《管理办法》的出台,对我们加强废旧电池的回收,提高动力电池综合利用与环境保护具有重要的指导作用。

一是确立生产者责任延伸制度。汽车生产企业作为动力蓄电池回收的主体,应建立动力蓄电池回收服务网点并对外公布,通过售后服务机构、电池租赁企业等回收动力蓄电池,形成回收渠道,也可以与有关企业合作共建、共用回收渠道,提高回收率。汽车生产企业还应落实动力蓄电池回收利用相关信息发布等责任要求。同时,梯次利用企业作为梯次利用产品生产者,要承担其产生的废旧动力蓄电池的回收责任,确保规范移交和处置。

二是开展动力蓄电池全生命周期管理。《管理办法》充分体现了产品全生命周期管理理念,针对动力蓄电池设计、生产、销售、使用、维修、报废、回收、利用等产业链上下游各环节,明确相关企业履行动力蓄电池回收利用相应责任,保障动力蓄电池的有效利用和环保处置,构建闭环管理体系。

三是建立动力蓄电池溯源信息系统。以电池编码为信息载体,构建“新能源汽车国家监测与动力蓄电池回收利用溯源综合管理平台”,实现动力蓄电池来源可查、去向可追、节点可控、责任可究。对动力蓄电池回收利用全过程实施信息化管控,是《管理办法》的核心管理措施。《管理办法》对汽车生产、电池生产等企业明确提出溯源管理要求,各相关企业应及时上传相关信息。

四是推动市场机制和回收利用模式创新。《管理办法》重视发挥企业的主导作用,鼓励企业探索新型商业模式,如发起和设立产业基金以及研究动力蓄电池残值交易等,加快形成市场化机制,推动关键技术和装备的产业化应用。同时,支持开展动力蓄电池回收利用的科学技术研究,引导产学研协作,以市场化应用为导向,开展动力蓄电池回收利用模式创新。

五是实现资源综合利用效益最大化。为最大化利用退役动力蓄电池剩余价值,《管理办法》鼓励按照先梯次利用后再生利用原则,开展动力蓄电池的再利用。对具备梯次利用价值的,可用于储能、备能等领域;不具备梯次利用价值的,可再生利用提取有价金属。通过对动力蓄电池的多层次、多用途合理利用,提升综合利用水平与经济效益。同时,与已实施的《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》等管理政策相衔接,推动产业规范化、规模化发展,实现环境效益、社会效益和经济效益有机统一。

六是明确监督管理措施。《管理办法》明确要求制定拆卸、包装运输等相关技术标准,构建标准体系,并建立梯次利用电池产品管理制度。同时,各有关管理部门要建立信息共享机制,形成合力,在各自职责范围内,通过责令企业限期整改、暂停企业强制性认证证书、公开企业履责信息、行业规范条件申报及公告管理等措施对企业实施监督管理。

当前首先要开展哪些工作

《管理办法》已出台,如何贯彻落实好是关键。目前,重点应该开展以下工作:

一是建立回收利用体系。推动汽车生产企业加快建立废旧动力蓄电池回收渠道,公布回收服务网点信息,确保生产者责任延伸制度得到全面落实。引导汽车生产、电池生产、综合利用等企业加强合作,通过多种形式形成跨行业联合共同体,建立有效的市场化机制。要充分发挥社会组织作用,目前已推动成立了回收利用产业联盟,积极鼓励创新商业模式。

二是实施溯源管理。对动力蓄电池进行统一编码,并开展全生命周期溯源管理,是废旧动力蓄电池回收利用管理的重要手段。相关单位已组织开发了“新能源汽车国家监测与动力蓄电池回收利用溯源综合管理平台”,将于近期启动运行,实施动力蓄电池生产、销售、使用、报废、回收、利用的全生命周期信息采集,做好各环节主体履行回收利用责任情况的在线监测,建立健全监管制度。

三是完善标准体系。在已发布动力蓄电池产品规格尺寸、编码规则、拆解规范、余能检测等4项国标基础上,加快动力蓄电池回收利用有关标准的研究和立项工作,推动发布一批梯次利用、电池拆卸、电池拆解指导手册编制规范等国标,并支持开展行业、地方和团体相关标准制定。

四是抓好试点示范。近期将发布新能源汽车动力蓄电池回收利用试点实施方案,启动试点示范,支持有条件的地方和企业先行先试,开展梯次利用重点领域示范。通过试点示范,发现问题,寻求解决方案。培育一批动力蓄电池回收利用标杆企业,探索形成技术经济性强、资源环境友好的多元化回收利用模式。

五是营造发展环境。加强与已出台的新能源汽车等有关政策衔接,研究财税、科技、环保等支持政策,鼓励社会资本投资或设立产业基金,推动关键技术和装备的产业化应用。

动力电池梯次利用已经起步

目前,相关部门积极推动中国铁塔公司开展动力蓄电池梯次利用试验,已在12个省市建设了3000多个试验基站,取得了较好效果。

对于如何开展梯次利用,中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙强调:首先,要了解退役电池的品质和安全性能。电池企业要建立大数据追溯系统平台,和对电池检测评价方法。大数据要包括电单体研发的生产数据、电池包研发生产数据、电池包车载运行监控数据等,通过大数据对退役电池进行健康评价,以确定电池能否进入梯次利用市场。

其次,要重视电池单体和电池包标准化,在一个企业内部尽可能采用较少规格的单体电池,既可以提高生产自动化水平以降低成本和提高产品一致性,又便于今后梯次利用时的拆解和重组。因此,在动力电池设计阶段就要为后续的梯次利用和拆解回收做准备。

梯次利用之后的电池用在哪些地方?“从退休电池回收之后,我们应用到储能领域,梯次利用之后,最终会把电池拿回来拆解、回收,采用自动化技术进行物理分选,最终回原材料。”比亚迪电池事业群第二事业部总监张春昱介绍,以比亚迪为例,现阶段对正极材料磷酸铁锂,三元材料以及我们的负极材料进行整体回收。目前已完成了可行性的研究,并具备一定规模的回收利用生产线。

据了解,2015年开始,比亚迪就已经与其他企业合作做储能电站。“比如在无锡,我们把新能源汽车充电桩结合起来,打造了一个储能电站式的充电系统,现在充电站都是直接“挂”在电网上,所以我们都是白天充电频率较高,充电成本就会比较高。而我们的充电基站就可以通过“削峰填谷”的方式来降低充电价格。”张春昱强调,未来比亚迪还要合作,在动力电池回收产业领域进行布局,来携手回收企业,做好动力电池回收工作。

从去年起,北汽新能源推出了“擎天柱计划”。根据该计划,到2022年,北汽新能源将投资100亿元,在全国范围内建成3000座光储换电站,累计投放换电车辆50万辆,梯次储能电池利用超过5GWh。

比克电池也在电池回收上积极探路。据介绍,比克电池退役后将去船舶厂作为储能电池,同时比克电池会在工厂做基站,利用波峰和波谷进行电量储存。对于失去使用价值的电芯,比克电池将进行单体拆解,通过萃取等手段回收有价值元素,进行回收再利用及无害化处理,减小对于环境的压力,同时形成一个产业链闭环。2018年,比克电池将全面升级深圳生产基地,计划在2020年,将深圳、郑州两地产能提高到20GWh,并计划在3-4年的时间内实现产能“百亿梦”。

中国电池回收产业发展前景广阔

中南大学教授、赛德美董事长兼CTO李荐介绍, “中国的钴资源紧缺,需求量的95%依靠进口,由于新能源汽车电池所需的钴占比达到70%以上,随着新能源汽车的进一步推广,对钴的循环利用变得十分重要。” 2017年钴的价格已经翻了一番。

“锂电池的回收还是有价值的,尤其是三元锂电池,它含有镍和铜以及一些稀有金属。”动力电池企业沃特玛董事长李瑶介绍,沃特玛电池回收目前主要分为两个阶段。“锂电池基本上可以自然排解,我们先把能用的分出来,不能用的给我们上游做分解。第二阶段是,我们也会跟维修厂家签订协议,让他去回收。”李瑶说,当前沃特玛在电池回收方面主要是通过梯次利用的方式,这样能够降低电池生命周期的成本。

梯次利用的技术难度不高,几乎每家电池厂都可以做到,但挑选、成组的成本较高,其解决方式是实现模块化。如果梯次利用的成本能够控制好,还能够带动低速电动车市场的发展。“把梯次利用的电池包拆开,配上一个简易的管理系统,然后把它用到低速车上,从重量、行驶里程和充放电时间都比低速电动车原装备的铅酸电池有明显的优势。如果成本控制得好,其价格也接近于铅酸电池的价格。”李荐介绍。

从电池材料利用率的角度上来看,理论上是应该把电池中的所有成分都提炼出来。“但如何做到这一点,以及在回收过程中如何减少和控制污染值得研究。”李荐表示,目前一些国外的电池回收企业较为成熟。

以美国电池回收企业Toxco为例,其对特斯拉的 Roadster 电动汽车的动力电池组进行了回收,可回收 60%的电池组材料。Toxco采取的方式是在液氮环境下低温冷冻电池,然后用湿法冶金的方式拆开电池从而分离其中的材料。“这种方式需要大量的能耗,对于磷酸铁锂这样低值的材料来说,并不划算。”李荐表示,另一种路线是火法冶金。“能耗也比较高,但这个工艺‘胃口’很好,随便什么电池都可以放进去。目前我们国家的工艺仍以湿法冶金为主。”

宁波杉杉股份有限公司副总裁孙晓东认为,梯次利用虽然能够降低电池使用周期的成本,但财务成本也会随之增加。

“如果一个电池组整个循环寿命可以做到5000次的话,比如,在电动汽车上针对高使用率的出租网约车,用五年,使用1500次的循环寿命,通过储能峰谷调节,再用五年,差不多使用3000次左右的循环寿命,还可以用在UPS上,最后做材料回收。但一个非常致命的问题是,随着时间年限拉得很长,财务成本会变得非常高。此外,在无法把握未来电池价格的走势情况下,你对后面的梯次利用不能贴现,当第一个用户就没有价值。”孙晓东认为,要把电池梯次利用和商业模式结合起来,换电模式可以作为一种选择。

相关机构预计按照相应的报废标准,2018年中国动力电池废旧回收市场将初具规模,回收企业即将迎来规模效益带来的盈利点。业内人士分析,虽然中国动力电池回收市场短期内难以实现突破性发展,但行业上下游一体化进程加速,可以预计,动力电池回收利用产业将迎来广阔的市场前景。

我国陆续出台有关废旧动力电池回收的政策

自2012年起,国务院《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020)》中规定:要加强动力电池梯级利用和回收管理。制定动力电池回收利用管理办法,建立动力电池梯级利用和回收管理体系,明确各相关方的责任、权利和义务。

2014年7月,《国务院办公厅关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》提出:要研究制定动力电池回收利用政策,探索利用基金、押金、强制回收等方式促进废旧动力电池回收,建立健全废旧动力电池循环利用体系。

2015 年3月 ,《汽车动力蓄电池行业规范条件》规定,系统企业应会?同汽车整车企业研究制定可操作的废旧动力蓄电池回收处理、再利用的方案。

2016年以来,工信部相继出台《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策(2015年版)》、《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》、《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范公告管理暂行办法》3个文件,明确废旧电池回收责任主体,加强行业管理与回收监管。

2017年5月,国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会批准发布《车用动力电池回收利用拆解规范》(简称《拆解规范》)。这是以中国汽车技术研究中心为主导完成的国内首个关于车用动力蓄电池回收利用的国家标准,2017年5月12日,国家标准化管理委员会正式批准公布《拆解规范》,并决定于2017年12月1日开始实施。

2018年2月26日,工信部等七部门联合印发《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》(以下简称《办法》),旨在加强动力蓄电池回收利用管理,规范产业发展。紧接着,3月5日,七部门又联合印发《关于组织开展新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知》,提出在京津冀、长三角、珠三角、中部区域等选择部分地区,开展动力蓄电池回收利用试点,以试点为中心,向周边区域辐射。

不少地方政府出台政策探索动力电池回收利用

上海:2014 年上海市发布《上海市鼓励购买和使用新能源汽车暂行办?法》,要求车企回收动力电池,政府给予 1000 元/套的奖励。车企回收动力电池政府将补助 1000 元/套;

广州:2014 年 11 月《广州市人民政府办公厅关于印发广州市新能源?汽车推广应用管理暂行办法的通知》,提出在本市建立车用动力电池回收渠道,按照相关要求对动力电池进行回收处理。

北京:2016 年 1 月 27 日,以“合作创新、共谋发展”为主题的《汽?车有形市场未来发展趋势论坛》在北京召开。北京市科委双新处处长许心超在论坛上表示:对于中央提出的 关于新能源汽车不限行、不限购、不缴税的“3 不政策”,北京市均已落实;与此同时,北京动力电池回收问题可通过“3 个环节”有效解决。(1)车企是动力电池回收的第一责任主体。(2)退役的动力电池还可以梯次利用。(3)技术的革新使得废旧电池回收处理后利用率能达到 99%,且对环境无害。

深圳:2015 年、2016 年 9 月,深圳先后发布《深圳市人民政府关于印发深圳市新能源汽车?推广应用若干政策措施的通知》,和《深圳市 2016 年新能源?汽车推广应用财政支持政策》两项通知。要求由整车制造企业负责新能源汽车动力电池强制回收,并由整车制造企业按照每千瓦时 20 元专项计提动力电池回收处理资金。对按要求计提了动力电池回收处理资金的,按经审计确定的金额 50%对企业给予补贴,补贴资金应专项用于动力电池回收。

2018年4月2日,深圳市又印发了《深圳市开展国家新能源汽车动力电池监管回收利用体系建设试点工作方案(2018-2020年)》(以下简称《试点方案》),在全市范围内开展动力电池生产者责任延伸制度的探索和实践。

《试点方案》指出,深圳计划到2020年,实现对纳入国家和地方购置补贴范围的新能源汽车动力电池的全生命周期监管,动力电池生产、使用、贮运、回收、利用各环节规范有序,建立起较为完备的动力电池监管回收利用示范体系,形成在全国可复制、可推广的动力电池监管回收利用经验。

《试点方案》提出,深圳市将构建动力电池信息管理体系、建立废旧动力电池回收管理体系及动力电池梯级和再生利用产业体系。《试点方案》还明确了各责任单位落实 “如何利用政策、资金对回收利用体系建设提供支持”的具体工作。为支持梯级利用和再生利用产业化,鼓励梯级利用企业围绕废旧动力电池余能检测、残值评估、快速分选和重组、安全管理等共性技术研究,支持再生利用各企业有价元素高效提取、材料性修复、残余物质无害化处置等先进技术开展研发攻关。

《试点方案》提出了完善动力电池回收押金机制。针对在本市备案销售的新能源汽车企业,在销售新能源汽车时按照单位千瓦时专项计提一定额度的动力电池回收处理资金。对计提了动力电池回收处理资金的企业,可按规定标准给予补贴资金,由企业在完成回收处理后依程序申请。据悉,该方案将于2018年6月1日开始实施。

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