伴隨電動汽車的高速發(fā)展，給電動汽車提供驅動動力的動力電池梯次利用已成為上述能源體系一個迫在眉睫的問題。
5月30日，深圳一純進口特斯拉Model 3的車主在充電站被困車內十多分鐘里，險些窒息。特斯拉官微表示：“現(xiàn)場判斷車輛的情況是因為車輛12V電瓶蓄電能力下降導致。……對車輛外接搭電后，車輛已開至服務中心進行進一步檢測?！?
6月11日，特斯拉Model S改款車型Plaid上市，其最大變化是之前使用的12V鉛酸電池已由鋰電池替代，這釋放了什么信號呢？
隨著向應對氣候變化的“3060目標”的提出，走向碳中和已經(jīng)成為世界主要國家的共識，向實現(xiàn)“凈零”遠景邁進。在中國，構建綠色、低碳、清潔、高效安全能源體系是我國能源發(fā)展大方向。到2030年，中國單位國內生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上。伴隨電動汽車的高速發(fā)展，給電動汽車提供驅動動力的動力電池梯次利用已成為上述能源體系一個迫在眉睫的問題。
儲能規(guī)模不斷攀升
新能源體系的建立將在很大程度上改變傳統(tǒng)的能源結構，之前的煤電和燃機發(fā)電為主將會變?yōu)橐悦弘姾腿紮C為基礎，風電、光伏、儲能（包括電動汽車）能源供給形式多樣化共存的新局面。儲能在其中發(fā)揮一個非常重要的支撐作用，是提升電力系統(tǒng)靈活性、安全經(jīng)濟性的重要手段，同時也是互聯(lián)網(wǎng)加智慧能源的重要組成部分和關件支撐技術。
現(xiàn)有儲能技術主要以物理儲能和化學儲能為主，包括壓縮空氣、鋰電池、氫儲能等。雖然儲能技術路線非常多，但短期看，從能量轉化效率、技術成熟度和經(jīng)濟性分析，可以實現(xiàn)商業(yè)化的路線并不多。
數(shù)據(jù)顯示，截止2019年，全球投運的儲能項目裝機規(guī)模大約為184.6GW，其中物理儲能是占比最大，達171GW規(guī)模，電化學裝機規(guī)模緊隨其后，約為5.2%。
環(huán)保車輛引發(fā)鋰離子電池擔憂
市場調研公司Yole認為，鋰離子電池回收市場主要由蓬勃發(fā)展的電動汽車市場推動，預計到2025年，將有70.5萬噸鋰離子電池報廢，2040年這一數(shù)字將達到每年900萬噸。
Yole分析師表示，2019年鋰離子電池回收市場總量約為9.38萬噸，2019-2025年復合年增長率為30%，期末達到45.9369萬噸。目前鋰離子電池原材料的回收利用價值約為3.15億美元，這個數(shù)字到2025年將達到11.37億美元，到2040年將達到23.81億美元。
鋰離子電池回收市場趨勢
Yole電力電子和材料分析師Shalu Agarwal博士認為：“鋰離子電池廣泛應用于消費品、電動汽車和混合動力汽車、固定儲能及其他應用。電動汽車市場的快速增長對解決迫在眉睫的氣候危機和實現(xiàn)減少二氧化碳排放的全球目標至關重要。然而，越來越多的電動汽車對鋰離子電池回收商提出了嚴峻的廢物管理挑戰(zhàn)。隨著電動汽車的普及爆炸式增長，曾經(jīng)為環(huán)保汽車提供動力的大量報廢鋰離子電池也在爆炸式增長”。
據(jù)Yole分析，到2025年，廢舊鋰離子電池將達到70.5萬噸左右，2040年廢舊鋰離子電池年產(chǎn)量將達到900萬噸。目前只有一小部分鋰離子電池被回收，其余都被填埋。2019年鋰離子電池回收市場總量約為9.38萬噸，2025年將增長至45.93萬噸，2019年至2025年復合年增長率為30%。
在這種背景下，行業(yè)需要突破性技術和相關回收利用市場，需要回收商和參與鋰離子電池二次生命應用的參與者有強大、持續(xù)增長的商業(yè)潛力。鋰離子電池回收供應鏈包括電池芯、電池組、鋰離子電池回收和相關商業(yè)模式的關鍵參與者。
鋰離子電池回收供應鏈
分析表明，廢舊電池的主要來源是消費品，包括近年來迅速發(fā)展的電動汽車。然而，鋰離子電池制造過程中產(chǎn)生的制造廢料也占有不可忽視的份額。就電動出行而言，制造廢料在整個鋰離子回收市場中占有相當大份額。因此，在鋰離子電池回收市場預測模型中，Yole的分析師納入了電池生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的制造廢料、報廢鋰離子電池和二次報廢鋰離子電池的份額。
鋰離子電池二次生命應用趨勢
Yole電力電子和電池首席分析師Milan Rosina博士說：“廢舊電池回收的寶貴材料可以為電池回收商提供一個機會。其原材料總價值約為9.21億美元，2025年將達19.60億美元，2040年將達263.81億美元。由于鋰離子電池回收率僅為百分之幾，用于回收的鋰離子電池原材料價值約為3.15億美元，2025年將達11.37億美元，2040年將達238.12億美元”。
中國鋰離子電池儲能水漲船高
我國2019年已投運儲能項目累計裝機規(guī)模32.4GW，排名全球第一。抽水蓄能占93.4%，電化學儲能占比大約5.3%，電化學中鋰電池儲能裝機規(guī)模最大，增速接近60%。從裝機規(guī)?？?，我國鋰電池儲能已達56.3%。經(jīng)濟性方面，過去幾年鋰電池成本快速下降，電芯價格降到0.5元/Wh，系統(tǒng)成本到了1.5元的水平。鋰電池儲能系統(tǒng)全生命周期成本已低于鉛酸電池。從技術和產(chǎn)業(yè)看，鋰電池儲能技術適應性較強，應用范圍和場景廣，在風能和光伏發(fā)電包括新基建領域，成本和安全性方面更具優(yōu)勢。
賽迪研究院預計，2025年我國鋰電池儲能累計裝機規(guī)模將達到50GWh，市場空間達兩千億元左右，2035年裝機規(guī)?？蛇_600GW，是2019年的430倍，市場規(guī)模將達兩萬億元。
從鋰電池儲能技術裝備重點發(fā)展方向看，超長壽命磷酸鐵鋰電池、先進系統(tǒng)集成能力與智能化運維能力，包括光儲充一體化綜合電站都是重點發(fā)展方向。隨著技術的發(fā)展，儲能電站的安全也受到廣泛關注。從我國目前情況看，建立一個健全的標準及檢測體系仍然是一個需要解決的問題。同時需要建設一批具有國際水準的儲能檢驗平臺機構。
純電動車并不“純”
事實上，此前國內掛綠色純電動汽車車牌的車除了有作為動力的鋰離子電池，還有一塊傳統(tǒng)的鉛酸電池為12V車載電器供電。鉛酸電池普遍循環(huán)次數(shù)為300-500次，使用1-2年就要更換，車主甚至吐槽一年三換。伴隨車輛向智能化縱深發(fā)展，12V車載系統(tǒng)“吃電深度”不斷加大，進一步縮短了其使用壽命。而鋰電池循環(huán)壽命普遍高于2000次，甚至達到5000次以上，且能量密度更高，質量和體積更小。
種種跡象表明，長期被鉛酸電池把控的12V車載電源市場已被鋰電化悄然撕開一道口子，圍繞12V車載電源的鋰電化變革已拉開序幕。
6月10日，特斯拉Model S改款車型Plaid上市，最大的變化是將鉛酸電池更換為鋰電池，以使其壽命周期與主電池組匹配。
豪華品牌保時捷Taycan 12V車載電源也選擇了萬向A123磷酸鐵鋰電池，標稱電壓13.2V，電池容量528Wh。此外，包括馬自達、比亞迪、現(xiàn)代、起亞等車企也逐步開啟純電車型12V車載電源的鉛改鋰替代。
電池企業(yè)，包括寧德時代、萬向A123、LG化學、駱駝股份、億緯鋰能等電池企業(yè)已開啟12V鋰電池布局。
截止2021年3月，中國私家車保有量約2.29億輛，若12V啟動電源全部換為鋰電，其市場需求將達到68.7GWh，規(guī)模不可小覷。
動力電池儲能應用模式和前景
電動汽車是推動能源革命重要的終端平臺，融合了人工智能、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)及信息通信新技術，在汽車工業(yè)新革命的同時，也成為了能源革命的一個方向。電動汽車動力電池儲能應用模式和電網(wǎng)互動可以實現(xiàn)有序充電，解決未來電動汽車規(guī)模不斷擴大后電網(wǎng)調峰和調頻的問題；另外，還有車電互聯(lián)回饋電網(wǎng)功能和換電站儲能。
研究院預測，到2035年，全國動力汽車保有量有望達到1億輛，動力電池保有量超過6000GWh；2050年這兩個數(shù)字將分別達到3億輛和2萬GWh，也就是說，電池充滿電時，能夠存儲的電量大約為200億度電，相當于目前全國一天的用電量。
如果實現(xiàn)儲能動力電池和電網(wǎng)的充分融合調度，完全有可能實現(xiàn)可再生能源的供需協(xié)同，為我國能源結構轉型和能源革命提供有力支撐。近年來，相關部委出臺了很多車網(wǎng)發(fā)展的鼓勵政策，國家能源局發(fā)布的《關于促進儲能技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》明確提出，擴展電動汽車等分散電池資源的儲能化應用，開展對淘汰動力電池進行儲能梯次利用研究。
“城市礦山”開采不易
國家電動汽車技術創(chuàng)新中心總經(jīng)理原誠寅博士認為，目前鋰電池的再利用還在不明不白的階段，一些問題并沒有厘清。
他表示，隨著上市電動汽車越來越多，鋰電池的使用量越來越大，回收電池的工作已經(jīng)開始，一些領先企業(yè)都在做這方面的事情，比如邦普、格林美、豪鵬，他們將鋰電池回收稱為“城市礦山”回收網(wǎng)絡。這樣件事是從報廢的消費產(chǎn)品鋰電池開始做起的。
目前鋰電池回收處理情況如何呢？原博士認為，現(xiàn)在鋰電池梯次利用和之后的處理方面還有一些技術路線沒有完全走通，比如磷酸鐵鋰電池中的鋰，現(xiàn)在大家愿意要的是鈷和鎳這些貴金屬，而不愿意去碰鋰或鐵；另一方面，鋰電池回收利用過程的幾個階段沒有搞明白：
第一，車輛上鋰電池狀態(tài)的監(jiān)測和評估，包括剩余電量、電池壽命預測。
第二，回收后是直接拆解？還是梯次利用？后者最大的問題是沒有大規(guī)模數(shù)據(jù)，也沒有大規(guī)模應用場景，大都是在講故事，比如電信行業(yè)，根本沒有那么多適合使用的50Ah的電芯。
第三，電池拆解后材料怎么處理？廢液、隔膜怎么處理？比如取出來的材料是先全部用化學法萃取成各種金屬，還先做一些其他處理。以前的套路是先放電，把電解液抽出來，然后用物理法粉碎，根據(jù)密度用風吹自然分區(qū)，再在不同的區(qū)用化學法萃取?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，這種玩法因為混著比較多的雜質，用化學法萃取金屬效率又比較低，業(yè)界正在尋找更高效、更短閉環(huán)的處理途徑。
培育市場，政策引領
目前，我國電動汽車動力電池梯次利用市場還處于培育階段。政策方面對梯次利用工作非常重視，主要由工信部牽頭先后發(fā)布了電動汽車動力蓄電池回收利用暫行辦法，提出落實生產(chǎn)者責任延伸制度和全生命周期管理，規(guī)定了電池企業(yè)、汽車企業(yè)及回收拆解企業(yè)生產(chǎn)全環(huán)節(jié)責任要求，發(fā)布了《電動汽車動力蓄電池回收溯源管理暫行規(guī)定》，以打通車上電池下來之后信息堵塞的問題。要求對動力蓄電池生產(chǎn)、銷售、使用、報廢、回收、利用全過程進行信息采集，各環(huán)節(jié)履行社會責任，還出臺了《電動汽車動力蓄電池梯次利用管理辦法》，鼓勵開展一批試點示范工作。
京津冀、陜西、上海、江蘇等17個地區(qū)和中國鐵塔作為試點，做好電動汽車動力電池梯次利用示范工作。去年，工信部協(xié)同相關部委發(fā)布了電動汽車動力電池梯次利用管理辦法征求意見稿，旨在鼓勵電池企業(yè)與綜合利用企業(yè)按照先梯次后再生的原則，對廢舊電力電池開展多用途利用，并對梯次產(chǎn)品和企業(yè)責任做了相對明確的邊界劃分。
針對梯次利用企業(yè)，國家發(fā)布5家單位“符合《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》企業(yè)名單”后，第二批已有22家。
7月初，發(fā)改委等多部門印發(fā)“十四五”循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃的通知提出，加強新能源汽車動力電池溯源管理平臺建設，完善新能源汽車動力電池回收利用溯源管理體系。
推動新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)和廢舊動力電池梯次利用企業(yè)通過自建、共建等方式，建設規(guī)范化回收服務網(wǎng)點；
推進動力電池規(guī)范化梯次利用，提高余能檢測、殘值評估、重組利用等技術水平；
加強廢舊動力電池再生利用與梯次利用成套化先進技術裝備推廣應用；
完善動力電池回收利用標準體系。
在應用方面，國家鼓勵梯次利用企業(yè)研發(fā)適用于基站、儲能等充換電領域的產(chǎn)品，不得開發(fā)不宜回收的產(chǎn)品，首次明確梯次利用下來的電池不能用于危險性比較高的領域。
之前溯源管理體系鏈條沒有打通的一個重要原因是車上電池相關信息鏈不通，所以管理辦法提出建議溯源管理體系進行廠商代碼申請和編碼規(guī)則備案，向新能源國家檢測與動力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺上傳產(chǎn)品信息，這個平臺建立在北理工。
對梯次利用產(chǎn)品的要求主要包括六個方面：產(chǎn)品設計可靠性；拆解回收要求；產(chǎn)品性能實驗需要滿足的要求；產(chǎn)品標識內容；防護包裝要求；認證制度要求。
工業(yè)和信息化部負責全國動力蓄電池梯次利用管理指導、協(xié)調工作。生態(tài)環(huán)境部、商務部、市場監(jiān)管總局在各自職責范圍內對動力蓄電池梯次利用進行監(jiān)督管理，加強信息共享。
另外，還將組織電動汽車動力蓄電池梯次利用管理技術委員會，負責協(xié)調電動汽車動力蓄電池梯次利用管理過程中的技術問題，市場監(jiān)督部門主要到對產(chǎn)品質量進行監(jiān)督，生態(tài)環(huán)境部主要負責梯次利用企業(yè)生產(chǎn)、報廢和再生利用企業(yè)利用處置等活動的環(huán)境污染防治情況的監(jiān)督；商務部對報廢機動車回收拆解企業(yè)拆卸行為進行監(jiān)督管理。
在頂層設計基礎上，我國廢舊動力電池梯次利用回收將初步形成一個產(chǎn)業(yè)鏈。從動力電池生命周期看，從生產(chǎn)、制造、使用到梯次利用在再生利用之間通過規(guī)范化的回收網(wǎng)點來進行銜接。
工信部目前已經(jīng)發(fā)布了1.2萬多家認可的回收網(wǎng)點，同時也規(guī)定了整車企業(yè)是回收電池主要的責任方，但事實上，在電池拆解回收再利用方面整車企業(yè)能做的事情也并不多，目前通常是授權給電池企業(yè)和第三方回收企業(yè)進行電池回收。實際上第一批白名單上的回收利用企業(yè)都跟電池廠或整車企業(yè)有非常緊密的關系。
技術和規(guī)模是關鍵
目前，因為商業(yè)模式并沒有完全打通，動力電池梯次利用和回收規(guī)模和集中度還存在一定不足。另外，技術的成熟度和適用性、標準化和規(guī)范管理以及安全性和監(jiān)督方面都需要進一步完善。
隨著汽車退役時間的到來，大規(guī)?；厥绽靡矔芸斓絹?，加速推進技術標準化工作，實現(xiàn)廢舊動力電池高質量回收利用是亟待解決的問題。
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