基于回收再利用方向的动力电池技术特征研究

1.从政策角度来看

1.1 相关政策未明确电池如何设计

为了便于后期的回收利用，政策法规对产品的要求都是在设计初期考虑易拆卸设计或结构，但未明确如何设计，仅作为方向性的引导。提及优先考虑易拆卸设计的相关政策见表1。

1.2 多数标准为推荐性标准，而非强制性

与动力电池回收利用相关的GB/T 34015-2017《车用动力电池回收利用 余能检测》、GB/T 33598-2017《车用动力电池回收利用 拆解规范》和《车用动力电池回收利用 梯次利用》（征求意见稿）都是推荐性标准。如GB/T 33598-2017《车用动力电池回收利用 拆解规范》规定了车用废旧动力蓄电池包（组）模块拆解工作的术语和定义，总体要求作业程序及存储和管理要求，但只是推荐性使用，在强制性方面略显不足。

1.3 废旧电池回收资质、企业管理制度仍待完善

目前，存在一些非正规渠道的动力电池回收企业，通过暴力的简易组装，将回收的动力电池用在低速电动车、电动自行车等产品上的现象。虽然满足低速电动车升级锂电的市场需求，但因为简易拆装的电池品质无法得到保证，后期很容易出现安全隐患。

2018年7月~2021年12月，工信部发布符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》企业名单共三批，辐射47家企业。截至2021年10月底，171家有关企业已在全国31个省市区设立动力电池回收服务 点10048个，培育26家梯次和再生利用骨干企业，动力电池回收利用体系初步建立，但在体系和制度上仍需加强管理。

2.从市场角度来看

2.1 三元和磷酸铁锂电池各有利弊有上涨趋势，但梯次利用的收益不高

2017年以来，我国新能源汽车市场实现了增长动能的切换，纯电动乘用车成为拉动市场增长的核心动力。这导致三元电池装机量大幅增长、磷酸铁锂电池装机量下滑，能源梯次利用的电池总量也随之下滑，给梯次利用的市场规模带来压力。然而，从2021年6月开始，磷酸铁锂电池装机量持续超越三元锂，鉴于三元锂电池所必需的的镍、钴元素为贵金属，2021年以来镍、钴、锰价格持续上涨，导致三元锂电池成本不断走高，而磷酸铁锂电池成本相对较低的优势越发凸显，市场份额有望继续提高，但梯次利用的收益不高，后端价值不足。

2.2 动力电池类型、尺寸、箱体材料各异，给分拣和拆解造成困难

从车型对标时可以看出，各车型装备的电池类型不同，导致其单体数量、封装形式和尺寸的差异性，为后期自动化的分拣和拆解造成阻碍。

2.3 固态电池有利于后期的回收利用

固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的电池，而传统的锂电池则是液态电池即电解液是液态溶液状，作为其电解质的六氟磷酸锂具有极强的腐蚀性，遇水会发生分解产生氟化氢（HF）等剧毒气体，如果随意丢弃，将带来严重污染。固态电池则由于其电解液的变化，更利于后期的回收利用。

2.4 高镍三元电池回收价值将下降

随着人们对新能源汽车动力电池各项性能的要求不断提高，锂电池不断迭代升级，开始步入高镍三元时代。高镍三元电池通过提升镍的比重，不仅能实现电池能量密度的提升，同时降低了钴的使用，在成本方面也抵御了三元材料价格上涨带来的成本压力。但从后期回收利用角度来看，钴的平均价格达到39万元/吨，钴的比例在不断下调，回收价值自然随之降低。

3.从应用角度来看

在废旧电池产品进入市场前，应用到梯次利用和再生利用领域后仍存在很多难点。

3.1 回收渠道和市场规模无法保证

回收渠道是目前主要的难点，电池企业、整车企业和消费者对电池的回收主体未达成一致。电池企业认为将电池销售给整车企业，回收费用就应该由整车企业负责。整车企业认为电池被消费者使用几年，整车企业和消费者应共同承担费用。消费者则认为归属自己的电池被回收，整车企业与电池企业应给予一定的补贴。

3.2 回收成本较高

据调研所知，目前梯次利用中拆解、分选与集成占总成本的70%～80%。很多电池企业表示目前动力电池的梯次利用更多地是处于服务社会和服务经济的社会责任和示范运行的目的存在，还存在较多问题，谈盈利尚早。

再生利用方面，废旧电池检测、拆解、再成组、维护等成本比采购新电池还高，投入超出电池价值，缺乏盈利点。

3.3 存在安全隐患

很多整车企业和电池企业明确表示不愿意将回收的电池用于梯次利用，避免后期在梯次利用过程中出现安全事故从而对企业品牌产生负面影响。

在拆解电池时，废旧电池残余电压可能高达数百伏，有一定的危险性，需要专业检测设备先行检测，技术要求较高。回收时拆解出的金属锂接触到水后将发生反应，放出大量的氢气会引起爆炸。

3.4 形状各异，尺寸不一

电池规格尺寸不统一，增加了电池回收利用方面的困难性和复杂性。电池尺寸不能统一的原因在于，整车企业不愿意透露电池参数，电池标准制定的可参考性低。我国已发布《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》，于2018年2月正式实施，其中规定了圆柱电池有六个尺寸，软包电池和方形电池十种以上。

3.5 拆卸和材料回收难度大

正极材料回收方面，用酸碱溶液浸出，经过多种化工程序，对金属氧化物进行萃取，但这种氧化物的成分萃取条件不同，混合液更为棘手。湿法工艺中常见的酸浸和萃取会产生大量含有镍钴锰的废水，不经处理直接排放不仅浪费有价金属，还对环境造成二次污染。

负极材料外壳、隔膜回收方面，负极材料以石墨为主，该材料无回收价值，只能做丢弃掩埋处理。石墨本身并不污染环境，但占用大量空间。隔膜处理过程中要尽量避免有毒有害气体排放。

金属外壳拆卸方面，外壳连接处的胶状物质拆除难度大。规格形状不一致导致没有统一的拆卸办法。

4.从产品角度来看

4.1 正向开发的平台有助于电池空间的合理化和模块的统一化，更利于后期回收利用

首先，企业纷纷推出电动车专属平台，并在专属平台上都有产品布局。

第二，电池包的合理化布置使能量密度有明显提升，续航里程也呈跨越式增长。

第三，模组模块化设计，形状更为统一。

目前动力电池行业存在的一大问题是尚未模块化，包括尺寸在内的诸多标准尚未统一，圆柱型、方形与软包路线未有真正意义的主流出现并且各体系内标准也参差不齐。未来随着行业集中度提升，电池将通过主流企业制定标准，进行标准化生产。在安装设计不变的情况下，根据不同的续航里程和动力要求，提供不同电池容量，以满足不同的需求。这种模块化应用，在单体、模组端都可实现大规模自动化生产，大幅降低生产成本。

4.2 利用第三方再生利用企业的优势开展回收再利用

首先，《七部门关于做好新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知》中提到，整车企业与电池企业、 废汽车回收拆解及综合利用企业合作构建区域化回收利用体系，实质是鼓励各类型企业之间的合作。

其次，整车企业纷纷转向与再生利用企业的技术合作，利用专业的企业协助其处理再生利用的业务。如赛德美，已与北汽福田、吉利等企业开展技术合作；如格林美，已与长安、蔚来、小鹏等企业开展技术合作。

4.3 系统结构兼容不同模组、固定方式和线束柔性化处理

电池系统结构需要充分考虑不同模组可能具有不同的尺寸、重量和串并联数，那么系统内部的结构设计应该考虑在X、Y、Z轴方向都有很大的弹性，以兼容不同的模组。固定方式既要考虑设计初期的紧固性和可靠性，又要考虑弹性和便于后期的快速装卸。模组的线束连接方面，也应多柔性化考虑，尽量可做到快插和快换。线束长短尽量统一，布局比较整齐，拆卸也会更容易。

4.4 分布式BMS更利于BMS的整体应用和数据获取，但仍需考虑成本

首先，BMS数据难以获取，行业中常见的SOC算法都不能准确的作出评估。

其次，分布式BMS将电池模组的功能独立分离，分成CSC、BMU和继电器。CSC安装在电池单体上，负责本串电池信息采集和传递。数据通过CAN总线传给总控制器。线束统一，有单独的控制单元，便于梯次利用。

4.5 梯次利用方面，磷酸铁锂的技术路线更具优势；再生利用方面，三元锂的回收价值更高

首先，磷酸铁锂电池的安全性相对三元锂较好，且成组率高。

其次，三元锂电池的盈利点丰富，可以直接销售金属元素，价值高。也可以修复形成三元锂正极材料，价值更高。

4.6 干法和湿法要有效结合，干法更适合磷酸铁锂回收，湿法更适合三元锂回收

《车用动力电池回收利用材料回收要求》（征求意见稿）提出，回收处理宜采用机械前处理和湿法冶金相结合的定向循环回收处理技术。

同时，回收方法各异，需优势互补。干法工艺简单、成本较低，能提炼出可利用的金属材质；湿法成本高，需要通过有价金属的提炼和出售降低成本，能提炼出金属氧化物，纯度更高。

4.7 圆柱形电池更适合梯次利用，次之为方形电池

GB/T 34013-2017《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》规定了方形电池、圆柱形电池的外形尺寸，根据不同直径和高度的划分，圆柱形电池仅有六个尺寸，而方形电池有数十种。就电池尺寸的数量而言，圆柱形电池尺寸更少。

参考文献

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5.黎宇科，李震彪.我国新能源汽车动力蓄电池回收利用现状,问题及建议[J].资源再生，2019(8)：32-36.

6.潘寻，赵静，蒋京呈.中国新能源汽车动力电池回收政策解读及建议[J].世界环境,2020(3)：33-36.

葛怡然，工程师，主要研究方向为乘用车动力电池产品策划及开发，动力电池技术发展研究，动力电池生产工艺，动力电池回收利用。

国家市场监管总局主管

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