磷酸铁锂电池梯次利用于储能领域的影响因素分析

陈佰爽

随着电动汽车的逐步产业化，我国电动车的销量将突飞猛进，而电动汽车动力电池的保有量也将会随之呈几何级数增长。电池的发展路线、技术难点、基础设施建设、产业化推进等方面得到普遍关注，与此同时，对废旧动力电池的回收利用也逐渐被提上日程。

在锂电池从电动汽车退役下来进入大量回收阶段后，可以考虑将其分梯度再次利用：第一梯级，经过检测和处理后，在蓄电池外观完好、没有破损、各功能元件有效的情况下，可在通信、通讯基站等小型备电领域以及高尔夫球车等低速车辆上使用；第二梯级，从储能设备或低速电动车上二次淘汰下来的蓄电池，进行回收、拆解、再生。通过梯次利用，可以让动力电池性能得到充分的发挥，节约电池成本，在创造经济效益的同时有利于环保。

利用废旧电池来实现赢利一直是近几年来人们的美好愿景，但目前还没有看到切实可行的计划。技术方面很难预测一块已用过几年的电池还能维持多久或者有多安全，而经济价值也会因为它所需要的测试、运输和质量保证支持而受到限制。

技 术 因 素

在理想的情况下，可能会出现电动汽车退役电池仍有很高的容量，电压内阻等电性能指标也都满足储能领域的应用，如果退役电池可以不经过任何加工改造，直接应用在储能领域是最节能经济的利用方法。但这种情况下还会遇到以下问题：一是电动汽车与储能领域中应用的锂离子电池系统遵循的技术标准不同；二是储能领域对电池的温度性能要求更高，如果要实现梯次利用首先要判定退役电池能否满足温度要求。实际情况中，电动车上退役的电池组中，会有小部分电芯单体不满足电性能要求，那么如何拆卸电池组、筛选和评价电芯性能、预测电池寿命将是整个梯次利用过程中最重要也是最复杂的技术问题。

1 动力电池与储能电池遵循的技术标准不同

电动汽车与储能领域中应用的锂离子电池系统各自遵循相关的技术、接口、通信等标准，对比两种不同应用的标准、接口与通讯协议可看出两者仍存在一定的差异，其给退役锂离子动力电池的梯次利用带来了障碍，最有利的方法是相关机构可以沟通电动车用领域与储能应用领域各个方面的利益诉求，实现车用电池模块与储能领域模块的通用性设计，最大程度地减少电池模块在不同寿命周期的转变过程中所遇到的技术障碍。

2 储能领域对电池的温度性能要求高

在电动车用途中的动态应用条件下，对电池系统结构强度、抗震性能、防水性能等的要求较储能用途中的静态使用更加严苛，在这个方面上电动车用动力电池进入储能领域不存在技术问题。

但是储能用电池对温度性能的要求更高，因为储能领域的电池常常应用在温度变化幅度大的环境中，而温度是影响电池性能的一个非常重要的因素。这样的应用环境就要求退役动力电池在储能领域梯次利用时，有非常宽的工作温度范围，并且能保证温度在短时间变化时电池的性能受到的影响程度在可控范围内。

因此，要实现退役动力电池储能领域的梯次利用，如何评价电芯在不同温度下的电性能、分析电池容量衰减机理，并建立寿命预测模型来评估电池寿命至关重要。

3 基于容量衰减机理分析建立电池寿命预测模型

无论电池应用在哪一领域，都需要在规定的质保期内可以满足工作要求。退役电池如要实现在储能领域的应用，首先要判定退役电池是否满足储能领域对电池的要求。此外，分析不同温度下的容量衰减机理，合理的预测电池寿命，才能明确电池是否可以在质保期内满足工作要求。

分析不同温度下的容量衰减机理，建立合理的电池寿命预测模型是一亟待解决的技术难题。目标是针对典型的退役动力电池进行测试，并在分析测试数据的基础上，研究讨论容量衰减机制，建立一些基础的预测电池寿命模型。

可喜的是，有一些企业和研究所一直非常注重这一方面的研究，现已有了一定的技术积累，已建立了锂电池的容量衰减模型。

其它因素

1 梯次利用逆向物流系统较为复杂

将电动车退役电池回收后进行梯次利用的过程是废旧品处理的过程，属于逆向物流的范畴。如要使废旧电池能够得到合理的再利用，完善相关立法，建立废旧电池逆向物流系统是必要的。

在退役动力电池的梯次利用和回收这一逆向物流过程中，即使国家相关部门颁布了《废旧电池污染防治技术政策》规定，实际操作中总难以落实。这也从侧面说明了逆向物流的复杂性。

逆向物流不同于常见的正向物流，这一过程的实现需要从客户手中回收用过的、过时的或者损坏的产品开始，对退回的电池进行回收、分类、检验、拆卸、再生产及报废处理等活动，经过处理和修整达到完好后可重新融入正向物流。另外，废旧电池梯次利用的逆向物流回收模式不只一种，对应有不同的经济模型，选择不同的模式对应成本也会不同。可根据选择的经济模型建立数学模型，进而分析不同回收模式的成本。

由于客户的种类不同，回收的方式、地点等都会存在较大差异，所以企业若要开展动力锂电池的梯次利用，还需要根据不同的客户情况制定不同的回收方案。只有综合考虑各方面因素，建立完善的动力电池回收体系，才能打通锂电池梯次利用的又一个制约瓶颈，实现废旧电池的再次利用。

2 梯次利用处理成本

如果一只旧的电池组被抛弃就有一组新的电池组用来取代它。因此，在进行电池的梯次利用时，也节省了制备新电池的材料和制备成本，这从另一角度上降低了梯次利用的成本。

废旧电池进行梯次利用的处理成本分为五类：收集成本、分类成本、拆解成本、评价成本和挑选最终废弃电池的成本。分析五种处理成本，收集成本和分类成本是梯次利用过程中不能省略的。因此，目前最节省成本的方式就是不拆解电池组直接使用废旧电池，这样就可以避免拆解成本以及评估成本和挑选成本的发生，当然这一方式的前提是电池组的性能可以满足下一步使用需求。

3 梯次利用电芯的市场接受度较低

经过调研，电池无论是应用在电动车领域还是储能领域，即使我们对电池的使用性能和安全性能都进行保证，目前电池使用者仍从心理上不能接受使用退役电池经过处理后再组装的电池组。

市场对旧电池的排斥，造成梯次利用全面商业化进程缓慢的局面。在这一实现过程中，需要先与客户进行详细沟通，通过试点示范作用，或者采用先试用后结账的方式，推进退役电池梯次利用的实现进程。

结 语

动力电池的梯次利用对于环境保护和社会经济各方面都有积极意义，值得各界共同研究和推进。但目前因为技术、逆向物流、成本、市场接受度等原因限制，动力电池的梯次利用没有真正发展起来，但是可以看到政府、新能源汽车企业、电池企业已经在制定相关研究计划，我们相信在不久的将来，动力电池的梯次利用一定能突破相关桎梏，在实现环境效益和经济效益等各方面做出积极贡献。