近年來(lái)，得益于動(dòng)力電池相關(guān)政策和補(bǔ)貼的落實(shí)，我國(guó)電動(dòng)汽車開(kāi)始大規(guī)模推廣應(yīng)用。電動(dòng)汽車作為清潔能源汽車，促進(jìn)了節(jié)能減排和污染防治的有效推進(jìn)，對(duì)于緩解我國(guó)能源緊缺和環(huán)境污染問(wèn)題、促進(jìn)交通能源電力化戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有十分重要的意義。

作為新能源汽車的動(dòng)力來(lái)源，動(dòng)力電池在使用5～8年后其容量會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重衰退，這一變化導(dǎo)致其不再適用于汽車，需要進(jìn)行退役處理。隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的劇增，動(dòng)力電池的退役量隨之增加，如何有效合理地利用退役電池成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。

退役動(dòng)力電池的梯次利用是將動(dòng)力電池性能盡可能最大化發(fā)掘和應(yīng)用的有效途徑，能夠減少對(duì)電池價(jià)值、能源資源的浪費(fèi)和可能造成的污染，應(yīng)用于不同場(chǎng)景可使得電池應(yīng)用效益最大化，同時(shí)降低生產(chǎn)利用成本，促進(jìn)上游電池生產(chǎn)制造與下游電池銷售、回收利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有助于循環(huán)經(jīng)濟(jì)的推進(jìn)，符合我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展需求，具有很高的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。目前，國(guó)內(nèi)外陸續(xù)開(kāi)展了退役動(dòng)力電池梯次利用的相關(guān)研究和應(yīng)用。

針對(duì)退役動(dòng)力電池梯次利用在儲(chǔ)能方面的應(yīng)用，本文從退役動(dòng)力電池儲(chǔ)能應(yīng)用的應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性兩方面進(jìn)行闡述，并根據(jù)分析進(jìn)行總結(jié)和展望。

1 退役動(dòng)力電池現(xiàn)狀概述

2012年以來(lái)，我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)規(guī)模日漸龐大，退役電池?cái)?shù)量逐年增加，具體如圖1所示。中國(guó)汽車技術(shù)研究中心在考慮汽車報(bào)廢年限、動(dòng)力電池壽命等因素的前提下經(jīng)綜合研究得出，預(yù)計(jì)2020年我國(guó)累計(jì)動(dòng)力電池退役量超過(guò)20萬(wàn)t，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到175億元，其中梯級(jí)利用市場(chǎng)規(guī)模約105億元，再生利用70億元；到2025年，報(bào)廢量超35萬(wàn)t，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到379億元，其中梯級(jí)利用的市場(chǎng)規(guī)模約282億元，再生利用約97億元；到2030年，市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)千億元。可見(jiàn)，退役動(dòng)力電池回收利用市場(chǎng)將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

圖1 我國(guó)動(dòng)力電池需求量和退役量

面對(duì)數(shù)量巨大的電池，國(guó)家發(fā)改委、工信部等部門陸續(xù)發(fā)布了關(guān)于退役動(dòng)力電池回收利用的指導(dǎo)性政策。

其中，《電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池回收利用技術(shù)政策》指明動(dòng)力汽車退役電池的回收處理應(yīng)先進(jìn)行梯級(jí)利用、后進(jìn)行資源再生，以促進(jìn)資源利用率的提高。《報(bào)廢機(jī)動(dòng)車回收管理辦法實(shí)施細(xì)則》進(jìn)一步規(guī)范動(dòng)力電池的回收利用，要求企業(yè)對(duì)報(bào)廢新能源汽車的廢舊動(dòng)力蓄電池或其他類型儲(chǔ)能裝置進(jìn)行回收利用，加強(qiáng)全過(guò)程安全管理。《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》指明新能源汽車動(dòng)力電池利用體系應(yīng)遵循高效循環(huán)的原則以實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，同時(shí)落實(shí)新能源汽車生產(chǎn)制造責(zé)任延伸制度，建設(shè)車用動(dòng)力電池溯源管理平臺(tái)，保障電池的全生命周期可追溯，提高動(dòng)力電池生產(chǎn)制造的安全性。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委也發(fā)布了多項(xiàng)涉及汽車動(dòng)力電池的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，主要有《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》《車用動(dòng)力電池回收利用拆解規(guī)范》《廢蓄電池回收管理規(guī)范》《汽車動(dòng)力蓄電池編碼規(guī)則》《廢電池處理中廢液的處理處置方法》《鋰離子電池材料廢棄物回收利用的處理辦法》《車用動(dòng)力電池回收利用余能檢測(cè)》等，對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的規(guī)格尺寸、設(shè)計(jì)生產(chǎn)、編碼規(guī)則、回收主體等做出具體規(guī)定，為退役電池的梯次利用及再生利用提供明確的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，有助于解決動(dòng)力電池不一性造成的難以匹配應(yīng)用場(chǎng)景的難題，保證動(dòng)力電池全生命周期的可追溯性，提高廢舊動(dòng)力電池回收利用中的安全性和科學(xué)性。

這些政策和標(biāo)準(zhǔn)的頒布為現(xiàn)有退役動(dòng)力電池的回收利用做出了明確規(guī)范，為其未來(lái)健康快速的發(fā)展指明了方向。

為了適應(yīng)動(dòng)力電池退役浪潮和響應(yīng)國(guó)家政策號(hào)召，許多企業(yè)將目光聚焦在退役電池的回收利用領(lǐng)域。目前，全國(guó)已有17個(gè)省市被列為動(dòng)力電池回收試點(diǎn)地區(qū)，開(kāi)展針對(duì)退役動(dòng)力電池回收利用的典型示范項(xiàng)目，應(yīng)用案例主要集中在電網(wǎng)儲(chǔ)能、通信基站、低速電動(dòng)車及家庭照明等其他小型儲(chǔ)能領(lǐng)域，電池類型以磷酸鐵鋰電池為主，這些試點(diǎn)工程取得了顯著成果，表明了退役電池回收利用的可行性和巨大潛力，動(dòng)力電池回收產(chǎn)業(yè)成為行業(yè)新焦點(diǎn)。

?2 退役動(dòng)力電池的應(yīng)用分析

動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車的能量來(lái)源，是新能源電動(dòng)汽車的核心零部件之一。然而動(dòng)力電池使用壽命有限，當(dāng)電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池容量衰減到不足額定容量的80%時(shí)，就無(wú)法滿足電動(dòng)汽車的使用要求，這些動(dòng)力電池面臨報(bào)廢回收，但仍具有較大的殘余容量，若直接用于資源回收將造成對(duì)電池價(jià)值和資源的極大浪費(fèi)，還會(huì)污染環(huán)境。

所以可以將這部分退役電池經(jīng)充放電循環(huán)進(jìn)行余能檢測(cè)，根據(jù)殘余容量選擇合適的應(yīng)用場(chǎng)景。其中，經(jīng)余能檢測(cè)后容量較高的退役電池可用于電池更換和儲(chǔ)能應(yīng)用，容量較低的電池可用于照明、不間斷電源（uninterruptible power supply, UPS）備用電池、移動(dòng)充電樁、低速電動(dòng)車、家庭儲(chǔ)能電源、基站電源風(fēng)光路燈儲(chǔ)能等較為溫和的低倍率放電應(yīng)用場(chǎng)景。理論上，梯次利用儲(chǔ)能電池均可應(yīng)用于上述場(chǎng)景中。

國(guó)內(nèi)退役動(dòng)力電池梯次利用總體還處于實(shí)驗(yàn)探究階段，未來(lái)將會(huì)迎來(lái)工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化的高收益突破。表1為近年來(lái)我國(guó)退役動(dòng)力電池梯次利用的一些成功案例，可見(jiàn)退役動(dòng)力電池梯次利用場(chǎng)景廣泛，在電網(wǎng)儲(chǔ)能、通信基站、削峰填谷和削弱棄光率等方面意義重大，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化資源配置、解決用電矛盾、確保供電可靠、穩(wěn)定電力系統(tǒng)、提高電網(wǎng)安全性的目的。

表1 我國(guó)退役動(dòng)力電池梯次利用案例

退役動(dòng)力電池梯次應(yīng)用于儲(chǔ)能系統(tǒng)，能夠較強(qiáng)地適應(yīng)環(huán)境，建設(shè)周期短，可分散進(jìn)行小型配置。考慮到退役動(dòng)力電池的類型尺寸、性能優(yōu)劣、殘余容量、安全性等因素的不同，在儲(chǔ)能電站的建設(shè)和應(yīng)用中，梯次儲(chǔ)能電站應(yīng)該與常規(guī)儲(chǔ)能電站有所區(qū)別。儲(chǔ)能系統(tǒng)根據(jù)儲(chǔ)能設(shè)備安裝地點(diǎn)和發(fā)揮作用的不同，可分為發(fā)電側(cè)、供電側(cè)和用電側(cè)儲(chǔ)能裝置，對(duì)于提高電能質(zhì)量、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和可用性、促進(jìn)資產(chǎn)更高利用及促進(jìn)能源的可再生發(fā)展有重要意義，能夠在不同應(yīng)用場(chǎng)景中滿足供用電需求，如圖2所示。

圖2 梯次利用于儲(chǔ)能系統(tǒng)中的各類場(chǎng)景

發(fā)電側(cè)的梯次儲(chǔ)能系統(tǒng)位于電源側(cè)，可應(yīng)用于集中式可再生能源并網(wǎng)和火電、儲(chǔ)能聯(lián)合參與輔助服務(wù)市場(chǎng)調(diào)頻等應(yīng)用場(chǎng)景。集中式可再生能源并網(wǎng)擴(kuò)大了可再生能源裝機(jī)規(guī)模，促進(jìn)了可再生能源利用水平的提高，加大力度推進(jìn)可再生能源消納，促進(jìn)可再生能源持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。

采用火電+儲(chǔ)能聯(lián)合參與輔助服務(wù)市場(chǎng)調(diào)頻是采用儲(chǔ)能系統(tǒng)和火電機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行構(gòu)成新的電力調(diào)頻電源，可以有效解決我國(guó)傳統(tǒng)火電機(jī)組頻率調(diào)節(jié)緩慢、調(diào)節(jié)誤差較大、存在折返延遲、系統(tǒng)能量有限、電網(wǎng)調(diào)頻困難的難題，保持發(fā)電機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行，提高火電機(jī)組運(yùn)行效率和電網(wǎng)調(diào)頻性能，增加機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，減少動(dòng)態(tài)運(yùn)行中對(duì)機(jī)組的磨損，降低更換設(shè)備的可能和檢修運(yùn)維的成本，減少或延緩發(fā)電側(cè)對(duì)新建發(fā)電機(jī)組的需求，具有較好的經(jīng)濟(jì)性，有助于相關(guān)電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)健康發(fā)展。

供電側(cè)梯次儲(chǔ)能系統(tǒng)位于電網(wǎng)側(cè)，可應(yīng)用于有償調(diào)峰、獨(dú)立調(diào)頻及其他方面，如黑起動(dòng)、調(diào)壓等。有償調(diào)峰是發(fā)電部門相應(yīng)改變發(fā)電機(jī)的出力適應(yīng)用電負(fù)荷的變化，維持了有功功率平衡，保持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定；獨(dú)立調(diào)頻是根據(jù)系統(tǒng)頻率的變化增減發(fā)電機(jī)的發(fā)電出力，保持系統(tǒng)頻率在較小的范圍內(nèi)波動(dòng)，具有完成調(diào)頻、系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線交換功率控制和經(jīng)濟(jì)調(diào)度等綜合功能。

用電側(cè)梯次儲(chǔ)能系統(tǒng)位于用戶側(cè)，可應(yīng)用于削峰填谷、需量調(diào)節(jié)、改善電能質(zhì)量和用作供電系統(tǒng)備用電源等場(chǎng)景。削峰填谷是將高峰負(fù)荷的用戶需求轉(zhuǎn)移到低谷負(fù)荷時(shí)段，使電網(wǎng)需要的發(fā)電設(shè)備調(diào)峰容量小，提高發(fā)電設(shè)備的利用率和電網(wǎng)的安全性及經(jīng)濟(jì)效益。

需量調(diào)節(jié)控制負(fù)荷的需要，使得最大需要功率不超過(guò)合同用電功率，調(diào)整合同用電功率，提高負(fù)荷率，正確地使用負(fù)荷設(shè)備，定量地掌握負(fù)荷設(shè)備的種類、容量及運(yùn)行情況，如連續(xù)運(yùn)行、間歇運(yùn)行、暫時(shí)停機(jī)或關(guān)機(jī)等。用戶側(cè)儲(chǔ)能裝置可以改善電能質(zhì)量，保證用電設(shè)備正常工作和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定，還可以作為供電系統(tǒng)備用容量，在設(shè)備檢修、事故、調(diào)頻等情況下仍能保證內(nèi)電力市場(chǎng)需求。

退役動(dòng)力電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)梯次利用理論上均可應(yīng)用于上述場(chǎng)景中，但考慮到各類型電池荷電容量、放電穩(wěn)定、一致性、循環(huán)壽命、使用周期等因素影響，各應(yīng)用場(chǎng)景中不同類型電池的選擇視電池性能而定。

磷酸鐵鋰電池能量密度大，熱穩(wěn)定性強(qiáng)，價(jià)格便宜，具有較好的安全性，用作梯次儲(chǔ)能電池時(shí)充放電倍率大、循環(huán)壽命長(zhǎng)，磷酸鐵鋰新電池、磷酸鐵鋰梯次電池可作為發(fā)電側(cè)集中式可再生能源并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)可再生能源移峰和穩(wěn)定輸出，促進(jìn)可再生能源發(fā)展，還可實(shí)現(xiàn)供電側(cè)的根據(jù)負(fù)荷變動(dòng)進(jìn)行電能的實(shí)時(shí)調(diào)度、電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、緩解輸電系統(tǒng)阻塞和輸配電系統(tǒng)擴(kuò)容等，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，以及用電側(cè)的削峰填谷、根據(jù)控制負(fù)荷需要進(jìn)行需量調(diào)節(jié)、改善電能質(zhì)量及作為供電系統(tǒng)備用容量，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，在作為通信基站備用電源、峰谷套利、平抑可再生能源出力波動(dòng)、緩解電網(wǎng)擴(kuò)建等梯次儲(chǔ)能系統(tǒng)場(chǎng)景適用性強(qiáng)。

三元鋰電池含有鎳、鈷、錳/鋁三種元素，比能量、比功率更大，在大倍率充電和耐低溫性能等方面優(yōu)勢(shì)更大，三元鋰電池、三元鋰梯次電池在各主要梯次儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景中的適用性均不高。

鈦酸鋰新電池、鈦酸鋰梯次電池更適用于調(diào)頻、黑起動(dòng)等場(chǎng)景。

鉛酸電池技術(shù)成熟，具有優(yōu)越的低溫工作特性和大電流放電特性，抗振動(dòng)和抗沖擊性能好、成本較低，用作梯次儲(chǔ)能電池時(shí)充放電倍率低，具有較好的可靠性和安全性。但在儲(chǔ)能電站應(yīng)用場(chǎng)景下，鉛酸電池因服役年限短，更換電池的運(yùn)維工作量和成本較大，所以鉛酸電池、鉛酸梯次電池不適用于發(fā)電側(cè)火電+儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)頻和供電側(cè)儲(chǔ)能基站等對(duì)于退役動(dòng)力電池各項(xiàng)性能指標(biāo)要求較為嚴(yán)苛的應(yīng)用場(chǎng)景，多應(yīng)用于用電側(cè)削峰填谷，節(jié)約電能資源，平滑用戶負(fù)荷，同時(shí)獲取峰谷差價(jià)收益，降低儲(chǔ)能應(yīng)用成本。

退役動(dòng)力電池的廣泛應(yīng)用和回收處理具有深遠(yuǎn)的社會(huì)效益和環(huán)境效益。發(fā)展電動(dòng)汽車減少了對(duì)化石能源等不可再生能源的損耗和汽車尾氣的排放，大大改善了居民綠色出行和消費(fèi)觀念。退役動(dòng)力電池含石墨、碳材、銅箔等原材料、大量重金屬和有機(jī)物、電解質(zhì)及其轉(zhuǎn)化物產(chǎn)生的有毒氣體，如未妥善處置和進(jìn)行價(jià)值最大化利用，將嚴(yán)重威脅公共環(huán)境和人類健康，造成難以逆轉(zhuǎn)的環(huán)境污染和有價(jià)金屬資源的巨大浪費(fèi)，給社會(huì)生態(tài)環(huán)境造成巨大的壓力。

推進(jìn)動(dòng)力汽車退役電池的回收利用，是我國(guó)保護(hù)環(huán)境和社會(huì)安全的重要舉措，可以有效緩解我國(guó)與日俱增的能源壓力和環(huán)境污染問(wèn)題，有利于推動(dòng)資源再生循環(huán)利用進(jìn)程，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的健康持續(xù)發(fā)展，對(duì)于加快綠色發(fā)展、建設(shè)生態(tài)文明和美麗中國(guó)、建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)具有重要意義。

退役動(dòng)力電池的市場(chǎng)化和商業(yè)化發(fā)展，形成了其特有的新型商業(yè)模式，可以提高退役電池梯次利用的積極性和創(chuàng)新性，實(shí)現(xiàn)汽車企業(yè)、電池生產(chǎn)廠商、用戶、電網(wǎng)的多方共贏，有效促進(jìn)電池和設(shè)備控制等第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，優(yōu)化發(fā)輸供配用電工程，減少電網(wǎng)建設(shè)對(duì)于土地、原材料等資源的利用和消耗，緩解棄風(fēng)、水、光、限電等問(wèn)題，提高發(fā)電利用率，對(duì)于擴(kuò)大居民就業(yè)面和配套產(chǎn)業(yè)鏈的形成構(gòu)建有著重大意義。所以做好動(dòng)力電池回收及梯次利用工作，也是一項(xiàng)重大的生態(tài)建設(shè)任務(wù)和社會(huì)建設(shè)任務(wù)。

?3 退役動(dòng)力電池經(jīng)濟(jì)性分析

退役動(dòng)力電池回收處理的途徑主要是梯次利用和資源再生利用。車載動(dòng)力電池容量低于額定容量80%的退役電池將不再適合用于電動(dòng)汽車，這部分可以通過(guò)梯次利用實(shí)現(xiàn)能源的二次利用；電池容量低于額定容量25%左右的電池基本不具備商業(yè)用途，這部分殘余容量較低的退役電池可以通過(guò)直接回收利用將其拆解實(shí)現(xiàn)資源和能源的二次整合。

對(duì)退役動(dòng)力電池進(jìn)行梯次利用可以變廢為寶，使退役電池作為電能的載體在其他應(yīng)用領(lǐng)域充分發(fā)揮剩余價(jià)值，使電池價(jià)值利用最大化，還可以減少直接進(jìn)行資源回收的退役電池?cái)?shù)量，減少拆解電池過(guò)程中電池內(nèi)部有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染，降低動(dòng)力汽車電池成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)新能源汽車市場(chǎng)蓬勃發(fā)展。

3.1 退役動(dòng)力電池梯次利用成本分析

電池的梯次利用是將容量較低的電池重新改造以再次應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域的技術(shù)，即通過(guò)破碎、拆解、冶煉等改造手段實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)電池的再次利用。動(dòng)力電池的梯次利用一般分為拆解、余能檢測(cè)、篩選和重組四個(gè)環(huán)節(jié)。

經(jīng)濟(jì)高效的退役動(dòng)力電池梯次利用工藝流程是實(shí)現(xiàn)退役電池回收利用標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化量產(chǎn)的基礎(chǔ)。若要實(shí)現(xiàn)退役動(dòng)力電池大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活，回收拆解的工藝流程和保證其一致性和安全性的狀態(tài)評(píng)估過(guò)程必不可少，所以從其經(jīng)濟(jì)性分析回收工藝的成本，包含工藝流程成本和狀態(tài)評(píng)估成本。

退役動(dòng)力電池梯次利用的工藝流程成本主要包含收集、儲(chǔ)運(yùn)、分類、拆解、重組成本，狀態(tài)評(píng)估成本主要有余能檢測(cè)成本、狀態(tài)測(cè)試、狀態(tài)診斷和狀態(tài)評(píng)價(jià)成本。

1）收集、儲(chǔ)運(yùn)和分類成本

面對(duì)來(lái)自全國(guó)各地、數(shù)量巨大的退役電池，集中處理加工能有效降低成本、提高效率。整車企業(yè)、電池企業(yè)和行業(yè)聯(lián)盟可以通過(guò)汽車4S店、汽車售后服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)、汽車修理店、電池原材料企業(yè)、第三方回收企業(yè)等對(duì)拆卸下來(lái)的退役電池進(jìn)行統(tǒng)一收集、運(yùn)輸，并集中儲(chǔ)存在后續(xù)的回收加工點(diǎn)。

這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生了從不同渠道收取退役電池時(shí)所支付的收集成本，交通運(yùn)輸、裝載、貯藏的儲(chǔ)運(yùn)成本。不同公司、不同車型的退役電池型號(hào)、批次、電池模組規(guī)格、電池廠產(chǎn)能等均存在差異，分類是對(duì)已收集到的退役電池根據(jù)電池類型和狀態(tài)進(jìn)行大致的劃分，有利于量產(chǎn)且高效，同時(shí)對(duì)退役電池進(jìn)行初步分揀，將部分出現(xiàn)鼓包或其他故障損壞的退役電池作報(bào)廢處理，并將其轉(zhuǎn)送到可進(jìn)行電池資源再生利用的企業(yè)，提高動(dòng)力電池生產(chǎn)效率。

2）余能檢測(cè)成本

對(duì)已收集的退役動(dòng)力電池進(jìn)行余能檢測(cè)，經(jīng)充放電循環(huán)測(cè)試，得到電池殘余容量，為接下來(lái)的拆解、篩選和重組過(guò)程選擇其梯次利用應(yīng)用場(chǎng)景。將電池容量較高的歸入梯次利用一類，用于電池更換和儲(chǔ)能應(yīng)用；將電池容量較低的歸入梯次利用二類，用于移動(dòng)充電樁、低功率電動(dòng)車、自動(dòng)導(dǎo)引車輛（automatic guided vehicle, AGV）電源、家庭儲(chǔ)能電源、照明、UPS備用電池、基站電源風(fēng)光路燈儲(chǔ)能等較為溫和的低倍率放電應(yīng)用場(chǎng)景，具體如圖3所示。

圖3 電池余能檢測(cè)后適用的應(yīng)用場(chǎng)景

3）狀態(tài)測(cè)試、診斷和評(píng)價(jià)成本

拆解后的動(dòng)力電池在重新分選成組之前需對(duì)其健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，該環(huán)節(jié)至關(guān)重要。對(duì)動(dòng)力電池的使用壽命和安全性等進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)，可以避免退役電池不能充分發(fā)揮其剩余價(jià)值就直接進(jìn)行資源回收造成的資源浪費(fèi)和有可能導(dǎo)致的安全事故。

電池梯次利用將退役的動(dòng)力電池進(jìn)行回收、拆解、分型號(hào)分批次的歸總，依據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)退役電池的安全性、使用壽命等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果出具電池評(píng)價(jià)報(bào)告以決定電池是進(jìn)行梯次利用還是進(jìn)行資源再生處理。

若退役電池具有完整的運(yùn)行過(guò)程數(shù)據(jù)，屬于白箱電池，可提高電池性能狀態(tài)評(píng)估工作的準(zhǔn)確度和精確度，提升電池梯次利用時(shí)的經(jīng)濟(jì)性；若退役電池沒(méi)有完整的運(yùn)行過(guò)程數(shù)據(jù)，屬于黑箱電池，需要根據(jù)電池出廠時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)，測(cè)試動(dòng)力電池退役時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)，這個(gè)過(guò)程中測(cè)試時(shí)間增加，測(cè)試成本提高，同時(shí)電池性能不一還使得電池梯次儲(chǔ)能利用的安全性有待估量。電池經(jīng)狀態(tài)檢測(cè)評(píng)估后，對(duì)資源回收的電池進(jìn)行拆解和冶煉，對(duì)梯次利用的電池進(jìn)一步評(píng)估，根據(jù)電池健康狀態(tài)評(píng)估結(jié)果決定適用的梯次應(yīng)用場(chǎng)景。

4）拆解、篩選和重組成本

拆解過(guò)程是先對(duì)電池徹底放電，再進(jìn)行拆解，分離出正極、負(fù)極、電解液和隔膜等電池原有的各組成部分，再對(duì)電極材料進(jìn)行堿浸出、酸浸出，然后進(jìn)行除雜和萃取，實(shí)現(xiàn)有價(jià)金屬的富集。篩選和重組成本依據(jù)狀態(tài)診斷和評(píng)估結(jié)果，對(duì)符合各場(chǎng)景要求的退役電池各組成部分進(jìn)行一致性分選和重組。重組是根據(jù)具體使用情況和使用壽命等將拆解出來(lái)的電池各組成部分重新結(jié)合組成新的電池投入使用。

3.2 退役動(dòng)力電池資源再生成本分析

資源再生利用是對(duì)報(bào)廢的退役動(dòng)力電池進(jìn)行破碎、拆解和冶煉的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)鎳、鈷、錳、鋰、石墨、碳材、銅箔等資源的回收利用。退役動(dòng)力電池資源再生利用中的工藝成本主要包含收集、儲(chǔ)運(yùn)、分類、拆解、重組、電池再回收成本、運(yùn)行保障和環(huán)境維護(hù)成本。

收集、儲(chǔ)運(yùn)、分類、拆解、重組與梯次利用的成本分析相同。電池再回收成本是指對(duì)動(dòng)力電池中有用的材料進(jìn)行提取和回收。動(dòng)力電池中的鎳、鈷、錳、鋰等元素和石墨、碳棒、銅箔都可以回收利用，如果不經(jīng)再回收處理，這些金屬和部分無(wú)機(jī)、有機(jī)化合物將對(duì)大氣、水、土壤等造成嚴(yán)重的污染，具有極大的危害性。電池再回收過(guò)程將電池中可以再生利用的材料進(jìn)行提取和收集，投入其他工業(yè)生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的二次利用，降低部分電池生產(chǎn)制造成本，這一流程產(chǎn)生了再回收成本。

退役電池資源再生回收利用的整個(gè)工藝流程中會(huì)產(chǎn)生運(yùn)行保障和環(huán)境維護(hù)成本。運(yùn)行維護(hù)是保障設(shè)備儀器和工作環(huán)境正常穩(wěn)定運(yùn)作的根本，其中產(chǎn)生的電力費(fèi)用、設(shè)備儀器的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、故障檢修費(fèi)用、人工檢修費(fèi)用等均納入運(yùn)行保障成本。

退役動(dòng)力電池制作原材料中包含的重金屬元素、有機(jī)物、電解質(zhì)及其轉(zhuǎn)化物產(chǎn)生的有毒氣體等的處理要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢測(cè)，否則這些有害物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境后，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。所以工業(yè)廢料在最后排放前，檢測(cè)排放物中的重金屬元素及其他有害物質(zhì)的含量和濃度是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺失的一環(huán)。

隨著動(dòng)力電池技術(shù)的不斷發(fā)展成熟和國(guó)家政策、補(bǔ)貼的落實(shí)，動(dòng)力電池的價(jià)格成本大幅降低。以電池巨頭寧德時(shí)代公布的數(shù)據(jù)為例，2015年國(guó)內(nèi)新能源汽車的電池成本在2400元/(kW?h)左右，2017年降到了1 800元/(kW?h)左右，2018年進(jìn)一步下降至1 100元/(kW?h)上下。作為新能源汽車的動(dòng)力源，動(dòng)力電池成本是新能源汽車成本的重要構(gòu)成部分，占整車成本的40%左右，如此大的占比嚴(yán)重制約了新能源汽車的價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)。所以動(dòng)力電池成本的降低可以降低汽車整車成本，使其具有更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)于新能源汽車的應(yīng)用和推廣大有益處。

圖4為近些年全球動(dòng)力電池需求量、退役量和價(jià)格趨勢(shì)，反映了隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大，全球動(dòng)力電池需求量和退役量呈指數(shù)型逐年增加，退役量的產(chǎn)生與增長(zhǎng)時(shí)間落后于需求量，但二者在數(shù)量上的總體趨勢(shì)相同，說(shuō)明未來(lái)全球動(dòng)力電池需求量和退役量巨大，具有廣闊的市場(chǎng)環(huán)境；而動(dòng)力電池的價(jià)格隨著電池制造、應(yīng)用和回收利用工藝的成熟和成本的降低而逐年降低，表明動(dòng)力電池具有更好的經(jīng)濟(jì)性。

圖4全球動(dòng)力電池需求、退役和價(jià)格趨勢(shì)

退役動(dòng)力電池的回收利用成本作為動(dòng)力電池成本中重要的一部分，決定了新能源汽車價(jià)格的未來(lái)走向，以及其經(jīng)濟(jì)潛力和市場(chǎng)應(yīng)用前景。降低電池回收利用成本是動(dòng)力電池能夠再次應(yīng)用所需要解決的重要問(wèn)題。由于當(dāng)前動(dòng)力電池的成本在整車成本中的占比較大，購(gòu)車客戶對(duì)于電池價(jià)格的變化更加敏感。可以通過(guò)縮減回收電池成本，使新能源汽車在價(jià)格方面更有可能與傳統(tǒng)燃油車競(jìng)爭(zhēng)。因此降低動(dòng)力電池回收利用成本的需求非常迫切。

對(duì)比退役動(dòng)力電池梯次利用和資源回收兩種處理途徑，梯次利用是動(dòng)力電池能夠發(fā)揮最大性能的有效途徑，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下能夠?qū)崿F(xiàn)電池價(jià)值最大化，甚至還可以創(chuàng)造一定經(jīng)濟(jì)收益。

退役電池應(yīng)用于電網(wǎng)儲(chǔ)能，在傳統(tǒng)發(fā)電領(lǐng)域中火電+儲(chǔ)能聯(lián)合參與輔助服務(wù)市場(chǎng)調(diào)頻可以實(shí)現(xiàn)輔助動(dòng)態(tài)運(yùn)行和延緩或減少新建機(jī)組的作用，在可再生能源領(lǐng)域中可以實(shí)現(xiàn)削峰填谷、跟蹤計(jì)劃出力，在輔助服務(wù)領(lǐng)域中可以起到電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰及作為供電系統(tǒng)備用容量的作用，在分布式能源與微網(wǎng)領(lǐng)域中對(duì)實(shí)現(xiàn)分時(shí)電價(jià)管理、需量調(diào)節(jié)、容量費(fèi)用管理、提高電能質(zhì)量和供電可靠性意義重大，可減少電能生產(chǎn)連續(xù)性和用電需求間斷性之間的不平衡，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，其中還可以通過(guò)不同時(shí)段的電價(jià)差、調(diào)整用電計(jì)劃等方法在充分利用電能的同時(shí)獲得經(jīng)濟(jì)收益。

退役電池應(yīng)用于城市家庭生活，如城市移動(dòng)充電樁、低速電動(dòng)車、家庭儲(chǔ)能領(lǐng)域、照明路燈等，可以提高基礎(chǔ)設(shè)施利用率，用作充電設(shè)備為電動(dòng)車供電獲取額外電費(fèi)收益，用作低速車可以作為交通工具服務(wù)城市、減少交通成本等。

這些梯次利用場(chǎng)景為更好地實(shí)現(xiàn)和挖掘動(dòng)力電池價(jià)值、賺取額外的經(jīng)濟(jì)收益提供了可能，也是降低電池回收利用成本的有效途徑。將動(dòng)力電池直接進(jìn)行資源回收處理不僅是對(duì)電池價(jià)值的極大浪費(fèi)，容易產(chǎn)生更多的污染，而且整個(gè)回收處理過(guò)程成本高，經(jīng)濟(jì)效益低。經(jīng)比較分析，將退役動(dòng)力電池進(jìn)行梯次利用較直接資源回收具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

針對(duì)退役電池資源回收成本的相關(guān)問(wèn)題，可以依據(jù)收集儲(chǔ)運(yùn)、狀態(tài)測(cè)試、材料采購(gòu)、人員配置、設(shè)備運(yùn)維、電力費(fèi)用、環(huán)保處理、其他成本等電池回收處理的成本金額數(shù)據(jù)占比，分析研究其構(gòu)成和占比并尋求降低成本的方法，圖5為退役動(dòng)力電池資源回收成本估計(jì)扇形圖。

圖5 電池資源回收成本估計(jì)圖

由圖5可以觀察到，退役動(dòng)力電池成本主要集中在收集、置購(gòu)和儲(chǔ)運(yùn)，人員管理、狀態(tài)評(píng)估、原材料采購(gòu)等方面次之。所以，可以通過(guò)對(duì)上游原材料的整合、技術(shù)進(jìn)步替代傳統(tǒng)原材料減少原材料購(gòu)置成本、規(guī)模化生產(chǎn)降低人員管理、設(shè)備運(yùn)維成本，企業(yè)還可以通過(guò)在各地建立電池工廠減少收集和儲(chǔ)運(yùn)成本等途徑降低成本，這樣既可以更好地與下游客戶綁定，又可以降低收集和儲(chǔ)運(yùn)成本。

3.3 退役動(dòng)力電池資源利用效益分析

近年來(lái)，我國(guó)車用動(dòng)力電池在材料性能、充放電倍率、放電深度、能量密度、殘余容量、循環(huán)壽命、工藝制造、可靠性和安全性等方面不斷提高，退役電池在各應(yīng)用場(chǎng)景中的利用效益也有巨大突破。

2015年發(fā)布的《財(cái)政部、科技部、工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委關(guān)于2016—2020年新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政支持政策的通知》，對(duì)質(zhì)量質(zhì)保方面明確要求，新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)對(duì)消費(fèi)者提供動(dòng)力電池等儲(chǔ)能裝置、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器質(zhì)量保證，其中乘用車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)提供不低于8年或12萬(wàn)km的質(zhì)保期限。對(duì)18650型磷酸鐵鋰動(dòng)力電池在室溫下進(jìn)行充放電測(cè)試，當(dāng)動(dòng)力電池的可用容量降低至不再適用于電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，循環(huán)壽命為1200次。

根據(jù)我國(guó)對(duì)車用動(dòng)力電池行駛距離在8年或12萬(wàn)km內(nèi)電池容量仍可滿足汽車需求，即容量衰減不超過(guò)額定容量20%的要求，以新能源汽車平均行駛300km為動(dòng)力電池單次充電可連續(xù)行駛的里程為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)算，新能源汽車行駛8年或12萬(wàn)km的循環(huán)壽命為270～400次，退役時(shí)動(dòng)力電池的剩余循環(huán)壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家對(duì)于新能源汽車動(dòng)力電池循環(huán)壽命的要求，這說(shuō)明退役動(dòng)力電池梯次利用具備較高的利用效益。

?4 結(jié)論

隨著國(guó)家政策的推動(dòng)和引導(dǎo)，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，動(dòng)力電池報(bào)廢規(guī)模也逐漸擴(kuò)大，將其進(jìn)行梯次利用可有效合理地解決大規(guī)模退役電池的去處。動(dòng)力電池退役后仍可在電網(wǎng)儲(chǔ)能、通信基站、低速電動(dòng)車等工況較好、電池性能要求較低的應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮余熱。

退役電池根據(jù)其特性可以用于電源、電網(wǎng)、用戶等發(fā)輸供配用的電網(wǎng)儲(chǔ)能場(chǎng)景，以實(shí)現(xiàn)集中式可再生能源并網(wǎng)、調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)、減少棄風(fēng)棄光、減小阻塞和延緩電網(wǎng)擴(kuò)容等功能，或者用于照明、家用應(yīng)急備用電源等家庭儲(chǔ)能場(chǎng)景及城市移動(dòng)充電樁、低速電動(dòng)車等城市交通場(chǎng)景，為電力系統(tǒng)提供巨大的儲(chǔ)能潛力，促進(jìn)梯次儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用推廣，同時(shí)變廢為寶，繼續(xù)發(fā)揮退役電池剩余價(jià)值。

退役電池的成本隨著制造、回收利用工藝的成熟和市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大而降低，相較于退役動(dòng)力電池直接用于資源回收，梯次利用可以更好地發(fā)掘和利用電池自身價(jià)值和資源，且在各梯次應(yīng)用場(chǎng)景中都具有良好的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性，相關(guān)技術(shù)和算法也日趨完善，所以退役動(dòng)力電池的應(yīng)用具有很大的潛力和發(fā)展前景。

目前我國(guó)電動(dòng)汽車梯次儲(chǔ)能利用的發(fā)展受到工業(yè)流程、逆向物流、成本較高等多方因素的制約，但發(fā)展空間很大。相關(guān)主管部門應(yīng)在重視動(dòng)力電池研發(fā)投入的基礎(chǔ)上，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)制定、與可再生能源發(fā)電的銜接、基礎(chǔ)設(shè)施、商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式和市場(chǎng)培育等環(huán)節(jié)上加大扶持力度。同時(shí)，還應(yīng)注重對(duì)退役電池各方面因素的考量，做到精確度、測(cè)試效率和成本、安全性兼顧，促使退役動(dòng)力電池的回收利用真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

本文編自《電氣技術(shù)》2021年第8期，作者為劉若桐、李建林等，論文標(biāo)題為“退役動(dòng)力電池應(yīng)用潛力分析”。