新能源汽车电池回收利用现状如何?

2018-06-20

现在国内汽车动力回收产业刚刚起步。2015年,报废动力电池累计为2万4万吨,对应的电池回收率仅为2%,以现在的回收产能根本无力负担2020年预计的12万~17万吨的报废电池。因此,在回收利用管理制度建设、先进技术创新、模式探索、标准体系构建等方面存在的很多问题亟待解决。

  一、现在汽车动力电池回收产业的主要问题

  1)废旧汽车动力电池拆解工序复杂且具有安全隐患

  由于国内动力电池在尺寸及结构规范尚没有统一的可依据的法规,现在国内各电池厂家属于八仙过,海各显神通。电池系统设计完全不同使得无法采用同一套拆解流水线适合所有的电池包和模组,导致电池拆解时极为不便。如果要进行自动化拆解,那面对现在大小不一,形状不一的电池包及模组,需要对生产线的灵活性有很高的要求,从而导致处置成本过高。现国内基本都是靠人工拆解,工人的技能水平直接影响着电池回收过程效率,同时由于电池包本身具有高能量,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,需要企业仔细研究电池包拆解过程中安全及效率的问题。 

  2)产品一致性差且剩余寿命及电池状态无法系统评估 

  废旧汽车动力电池在重新进行梯次利用时必须经过品质检测,将电芯分选分级,包括安全性评估、循环寿命测试等,将电芯分选分级,再重组后才可以被再利用。但是如果动力蓄电池在服役期间没有完整的数据记录,再利用过程进行电池寿命预测时,准确度可能会下降,电池的一致性无法保障,同时测试设备、测试费用、测试时间、分析建模等成本都会增加。由于不同电池的内阻特性、电化学特性、热特性相同,电池的不一致性和可靠性可能也无法保证,如果一些存在问题的电池在筛选过程中没有被检验出来,而再次被使用,会增加其他整个电池系统的安全风险。所以,如何做到快速无损准确的检测,是该种情况下梯级利用的关键所在。 

  近日,国家发布了GB/T 32690《电动汽车远程服务于管理系统技术规划》,法规将新能源汽车运行数据收集及监控列入为企业强制要求,未来推广执行后将会弥补这方面的数据空缺。 

  3)系统集成技术不成熟 

  由于电芯之间的连接通常都是激光焊接或其他刚性连接工艺,难以做到无损拆解,动力蓄电池梯级利用时最合理的是拆解到模组级,然而不同批次甚至不同厂家生产的电池模组,要实现在同一系统中混用,需考虑并解决以下系统集成技术:分组技术:根据材料体系、容量、内阻、剩余循环寿命等参数重新对电池模组进行分组并建立数据库。分组参数设定要合理,若参数设定区间过大,模组离散性大,成组为系统后,对系统性能和寿命影响大;若参数设定区间过小,分组过于严格,会导致可匹配的模组少,系统集成困难。系统柔性设计:设计系统结构时需要充分考虑不同模组可能具有的尺寸、重量和串并联数,所以设计时应该是在空间上有很大的弹性,以兼容不同的模组,固定方式既要考虑紧固性和可靠性,又要考虑弹性和便于快速装卸。 

  4)回收利用经济性欠佳 

  汽车动力电池回收前必须先进行预处理,包括放电、拆解、粉碎、分选。拆解之后的塑料和金属壳体可以回收,但代价高昂:因为残余电压仍然高达数百伏(不包括18 6 5 0 电池),有一定危险;电池壳体为了安全需要,封装为不可自拆卸的形式,打开颇费功夫。就预处理环节而言,肯定是赔本买卖。 

  就算是锂电池,正极材料也是五花八门,主流的就有钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂等。用酸碱溶液浸出,然后再经过多种化工程序,对金属氧化物进行萃取。但这些氧化物的成分萃取条件不同,混合液更为棘手。事先按照正极材料对电池分类,成本也不低。回收正极金属,已经是电池回收行当中最有利可图的一个环节。但是程序太过复杂,会算账的企业都对之却步,除非金属价格高到2011 年的份儿上。现在大宗商品和有色金属、稀土产品价格都在低谷徘徊,用这些方法回收金属相当不划算,更别提事后麻烦更大的废液处理。照目前的技术水准,单只废液处理一项,就足以吃掉可怜的回收金属收益。而负极材料都是石墨(硅电池只是试验室规模),该材料太便宜,只能做丢弃掩埋处理。幸好石墨本身并不污染环境,只占用空间。在目前技术条件下,没有公司会主动投入回收产业。

  

  总结:国内动力蓄电池品种繁多,电池构造复杂且没有固定标准,造成拆解回收工艺复杂,回收成本高,企业缺乏回收热情,难以形成产业化经营,且重组技术手段不成,加之政府缺乏监管及鼓励政策,动力蓄电池回收面临极大困难。 

  二、回收产业发展方向及趋势 

  1.管理制度需要进一步明确,奖罚需分明 

  为加强新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业管理,规范行业和市场秩序,工业和信息化部陆续制定了《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》及其配套《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》。 

  今年以来,政府部门着力开展《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理办法》的研究制定工作,该《办法》的制定基于生产者责任延伸制度理念,立足于对动力蓄电池产品全生命周期进行管理。《办法》涵盖产品设计、生产、销售、回收、梯级利用、再生利用等相关阶段,明确动力蓄电池生产企业、汽车生产企业、梯级利用企业以及报废汽车回收拆解企业等承担各阶段动力蓄电池回收利用的相关责任。目测这也是为了以后强制性监管作准备,在环保这个基本国策的前提下,没有哪个企业敢触高压线,哪怕只是应付监管将废旧电池在仓库堆放起来,也能避免在无监管状态下的大规模二次污染。 

  2.急需建立动力电池回收标准体系 

  目前我国对退役动力蓄电池的残余价值评估、健康状态评价等关键技术还不成熟,梯级利用和再生利用环节相关技术研发相对滞后,需行业专家协同合作,推动技术创新与应用,攻坚克难,突破技术难点。比如在电池拆解方面,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。同时,需要完整记录动力蓄电池在服役期间运行数据,梯次利用的厂家可以根据这些数据,建立电池模组的寿命模型。 

  现动力电池回收急需技术标准,电池容量达到需要进入回收程序,何种程度可以进入下一阶梯利用,何种程度不能再进行梯次使用,都没有明确的标准可以参照,这需要政府层面建立相关规范和标准。更深层次,如果以后将动力电模组的外形尺寸,内部结构作一个较为统一的法规规范,那将为下游电池回收产业节约庞大的支出,也将进一步降低梯次使用的电池成本,为自动化电池拆解创造了可能,对电池回收产业推进有极大的帮助。根据小道消息,目前这方面法规在酝酿中,不知是否会很快发布并实施。 

  3.建立新的商业运营模式,寻找盈利点 

  对于动力电池回收,只有不停钻研技术,提高金属冶炼效率及降低成本,如果产生规模效应,在国家的补贴和扶持政策下能够站稳脚跟,那以后还是可以大有可为的。 

  对于动力电池的梯次利用衍生产品,客户在知情的情况下,会对产品的性能、寿命、可靠性、安全性等心存疑虑,产品的推广会存在一定的阻碍。在产品的推广和应用方面,要充分考虑客户的现状和诉求,多种商业运作方式相结合,在充分帮助客户获利的基础上,获得自己的利益。可充分借鉴其他行业的一些成功经验,如分期付款、分时租赁、盈利后结算、托管运营、甚至免费供货(靠后续增值服务)等,探索梯次利用方面的有效商业模式。 

  总结:目前国内汽车动力电池回收产业的运营模式总体还处于摸索阶段,现在急需政府介入,在制定政策和建立标准体系上引导企业逐渐走上健康的发展道路。也需要产业上下游一起成立产业联盟,建立健康的产业链,寻找可行的盈利点。 

  三、借鉴日本的经验 

  直到今天,日本没有针对动力电池的专门法规。但日本环保法规(《资源有效利用法》、《节能 法》与《再生资源法》)明确的情况下,没有理由单独为动力电池制订一部法律,况且法律本身也不能解决技术问题。 

  日企在新能源车领域起步比我们早十几年,丰田的普锐斯诞生于1997年。按照日本人极其重视垃圾回收(全国垃圾处理率达到100%)推理,日本应在新能源车诞生5年内建立动力电池回收产业链,但实际上并没有。即便对于丰田而言,回收镍氢电池(混动车用动力电池),同样面临无利可图的困境。 

  日本直到2011年才在本土启动回收镍氢电池项目的。在本土,丰田与住友金属合作,借助后者世界一流的高纯度提取技术,丰田实现了混合动力车动力电池中镍的多次利用,该项业务可回收电池组中50% 的镍;同时丰田化学工程和住友金属矿山配置了每年可回收相当于1万辆混合动力车电池用量的专用生产线;而2012 年,本田则与日本重化学工业公司合作做了类似的事情。不过,本田回收项目可以回收超过80% 的稀土金属,用于制造新镍氢电池。在几年前,混合动力车电池中回收的镍只能用来生产不锈钢。随着高精度镍提取及分离技术的发展,现在回收的镍可以用来生产新电池。丰田已经将镍回收利用技术推广到海外工厂。 

  回收电池虽然是责任所在,但日企也是依靠回收金属(包括对日本来说极为宝贵的稀土元素)作为回收产业驱动力。 

  在欧洲,丰田则表现出更积极的态度,这与欧洲更为苛刻的环保法规有关。丰田去年宣布,实现对混动车电池100 % 的回收目标,之前回收率91%。丰田同时延长SNAM公司(法国)、优美科(Umicore)集团(比利时)合作关系,由后两者分别对镍氢电池和锂电池进行回收。而丰田(含雷克萨斯)自2000 年起,已经在欧洲累计销售了8 5 万辆混动车,比目前我国的新能源车车保有量还要大。同时,为了延长动力电池的使用寿命,避免处理高峰的产能限制。丰田还推进动力电池梯次利用项目。去年,丰田将凯美瑞混合动力车的废旧电池用于黄石国家公园设施储能供电。日产也与住友合作,利用电动车聆风的废旧锂电池开发蓄电池系统,作为太阳能发电的辅助储能系统,用于在夜晚和光照不足天气下的独立供电。住友商事与日产合资成立的4REnergy公司,以电动车EV 废旧锂电池的商业再利用为目标,其公司成立5年来,已经成为商业上最成功的锂电池回收企业。 

  总结: 

  从日本的经验可以看出,日本企业是借助专业的回收冶金公司或者拥有先进电池回收企业的技术,将废旧电池中的提炼金属化为新的回收产业的驱动力。如果国内也能通过一些优惠政策或者以合资的方式吸引国际上先进公司大规模投资,哪怕出卖一些经济利益,也可以一定程度上减缓现在国内电池回收的困境。不然大型汽车集团在2020年,得修建极其浩大的仓库才能避免厂区被回收的废旧汽车动力电池淹没。(作者:吴嘉圣)


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