动力锂电池二次利用瓶颈与技术路线

一、动力锂电池二次利用的现状

随着新能源汽车的推广，动力电池爆发式增长。2014年底以来，由于新能源爆发式增长，国内动力锂离子电池已经一电难求，产能远远不能满足新能源车发展的需要。国内动力锂离子电池产能近五年的增长情况见下表。



根据2011年以来动力锂离子电池的性能状况和国家标准规定，动力锂离子电池使用的时间大约在3-5年，也就是说，2013年以及以前制造投入使用的动力锂电池，2016年都基本达到了回收的时间。我们仅以当年的锂电池制造和报废量来计算，以每瓦时二次利用售价仅为1元人民币的保守价格，可以计算得出2016-2020年动力锂离子电池二次利用，将达到的市场份额。



以上计算仅为保守估计，其中2018、2019年的数据，根据2011-2015年的增长率推算。而实际上，2014-2015年以来，动力锂电池的增长率远远高于2011-2014年，此增长趋势预计会持续到2018年以后。2019年之后5年的报废的动力锂离子电池，实际上远比我们测算的数字还要高。

动力锂电池二次利用的市场空间。目前电动自行车使用锂电池还不足10%，未来使用锂电将是一个大趋势。路灯储能、微型分布式能源将越来越深入人们的生活，其对锂电的应用将呈现出爆发的态势。未来二次利用的动力锂电池，预计在照明储能、市政亮化工程、分布式能源、微动力等方面会有大量使用。排除个别用户不喜欢用旧品的用户偏好，动力锂电池二次利用的市场空间，至少在每年800亿人民。

二、动力锂电池二次利用的技术尝试

动力锂电池按照国家标准到了使用寿命，从新能源车上撤下来的时候，还有相当的容量。还有较为宽泛的使用空间。但是并不是像很多人想象的那样，可以组合起来就用，在技术上还有一些障碍。一是新品应用的时候，电池的一致性很好，但是旧品二次利用的时候，一次性已经没有新品那么好，甚至一直相当差，这对成组使用造成了很大障碍。二是电池的容量、电压、内阻等在二次利用的时候，会在很少的循环次数的时候，形成断崖式下跌，因为动力锂电池新品制造的时候，在工艺和性能设计上，就只考虑了新品的产品标准要求的各参数性能，因此在新品使用后，在旧品二次利用阶段，各项性能参数的持续参差不齐，在不同的点位上，降落很大，对后期使用造成极大困难。

我们以容量为例。我们通过国外产动力锂电池和国产动力锂电池两款的测试数据来看。

下图是德国产某混动车所用的动力锂电池，单体6.4安时，按照标准下车，下车时候，测得剩余容量为5.1-5.2安时之间。测算测试循环次数后所余容量如下表：



根据以上容量，形成曲线如下：



从以上曲线可以明显看到，循环次数在短短100次以后，就开始形成断崖式下跌。

下面是国内一家知名锂电企业产硬壳方形动力电池，单体20安时。下车时候全部放电后充满，测得剩余容量为11.2-11.8安时之间，测算测试循环次数后所余容量如下表：



根据以上数据，形成曲线如下：



可以看到，容量基本上是断崖式下跌，循环过半后，已经放不出电来了。

综合以上情况，动力锂电池二次利用，还面临着性能和技术的障碍甚至是瓶颈。如果实现二次利用，不但要解决一致性问题，还需要解决容量、电压、内阻等正常实现和后续维持的问题。

三、动力锂电池二次利用的技术路线

根据动力锂电池旧品的特性，我们结合需要二次利用的需求，对上述两款电池做了一些尝试。通过不同的电压刺激和二次化成分容，其中较好的情况如下：

德国动力锂电池：



根据以上数据，形成以下曲线：



可见修正后容量有较好的改善，甚至是80%容量时候，能够达到600次循环，能够满足一般的储能的要求。

国产动力锂电池：



根据以上数据，形成以下曲线：



可以看到断崖式下跌有较大缓解，甚至在后期中段还形成了一个小的平台。说明后续通过技术改善，还有改进的空间。

以上测试结果，均是在常温实验室内进行，验证与结论均为少数案例，可能还不代表普遍性。但是我们能够从中看到一种趋势，发现一些动力电池二次利用存在的困难。有的电池可能形不成断崖式下跌，而是一种缓式下跌，但是后续使用过程都会存在类似问题。

三、动力锂电池二次利用的技术选择

根据以上实验结论，虽然还不能确定代表普遍现象，但是可以窥见端倪。可以为我们解决动力锂电池二次利用的困难，提供一些技术思路。后续动力锂电池二次利用，建议技术方面在以下几点多加关注。

一是稳定和持续电池性能方面，需要保持旧动力锂电池剩余容量、电压、内阻等在后续使用中稳定变化，并在日常使用中保持稳定，避免为用户带来麻烦；二是在电池一致性方面，需要保持就动力锂电池二次利用的时候，各项参数指标的一直性较好，保证成组使用的配组率；三是提升电池性能方面，要尽可能提升就电池的性能，这个难度可能大一些，但是还是有希望可循。

通过以上动力锂电池二次利用的需求，我们建议再以下几个方面加大技术开发力度。一是新的化成分容技术，保证旧动力锂电池容量电压内阻等稳定变化；二是电池后续变化的预测技术，尤其是动力锂电池二次利用时，已经有了一次利用的使用情况，甚至大量数据作为支持，使得后续使用情况的预测进一步成为可能；三是动力锂电池性能的修复技术，即在二次利用的剩余容量前提下，寻找能够进一步回复和提升电池容量等性能的技术。

随着新能源车的推广，动力锂电池的应用量越来越大，动力锂电池的回收和二次利用也成为一个新的课题，摆在我们面前。从目前看，如果要获得动力锂电池的高效利用，我们还面临着一些障碍，必须开发一系列新技术，才能达到我们期望。

（文/杜文龙）

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