科创吧

电动汽车动力电池梯次利用难题如何破冰?

5月30日,深圳一纯进口特斯拉Model 3的车主在充电站被困车内十多分钟里,险些窒息。特斯拉官微表示:“现场判断车辆的情况是因为车辆12V电瓶蓄电能力下降导致。……对车辆外接搭电后,车辆已开至服务中心进行进一步检测。”

6月11日,特斯拉Model S改款车型Plaid上市,其最大变化是之前使用的12V铅酸电池已由锂电池替代,这释放了什么信号呢?

随着向应对气候变化的“3060目标”的提出,走向碳中和已经成为世界主要国家的共识,向实现“净零”远景迈进。在中国,构建绿色、低碳、清洁、高效安全能源体系是我国能源发展大方向。到2030年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。伴随电动汽车的高速发展,给电动汽车提供驱动动力的动力电池梯次利用已成为上述能源体系一个迫在眉睫的问题。

储能规模不断攀升

新能源体系的建立将在很大程度上改变传统的能源结构,之前的煤电和燃机发电为主将会变为以煤电和燃机为基础,风电、光伏、储能(包括电动汽车)能源供给形式多样化共存的新局面。储能在其中发挥一个非常重要的支撑作用,是提升电力系统灵活性、安全经济性的重要手段,同时也是互联网加智慧能源的重要组成部分和关件支撑技术。

现有储能技术主要以物理储能和化学储能为主,包括压缩空气、锂电池、氢储能等。虽然储能技术路线非常多,但短期看,从能量转化效率、技术成熟度和经济性分析,可以实现商业化的路线并不多。

数据显示,截止2019年,全球投运的储能项目装机规模大约为184.6GW,其中物理储能是占比最大,达171GW规模,电化学装机规模紧随其后,约为5.2%。

环保车辆引发锂离子电池担忧

市场调研公司Yole认为,锂离子电池回收市场主要由蓬勃发展的电动汽车市场推动,预计到2025年,将有70.5万吨锂离子电池报废,2040年这一数字将达到每年900万吨。

Yole分析师表示,2019年锂离子电池回收市场总量约为9.38万吨,2019-2025年复合年增长率为30%,期末达到45.9369万吨。目前锂离子电池原材料的回收利用价值约为3.15亿美元,这个数字到2025年将达到11.37亿美元,到2040年将达到23.81亿美元。

image.png

锂离子电池回收市场趋势

Yole电力电子和材料分析师Shalu Agarwal博士认为:“锂离子电池广泛应用于消费品、电动汽车和混合动力汽车、固定储能及其他应用。电动汽车市场的快速增长对解决迫在眉睫的气候危机和实现减少二氧化碳排放的全球目标至关重要。然而,越来越多的电动汽车对锂离子电池回收商提出了严峻的废物管理挑战。随着电动汽车的普及爆炸式增长,曾经为环保汽车提供动力的大量报废锂离子电池也在爆炸式增长”。

Yole分析,到2025年,废旧锂离子电池将达到70.5万吨左右,2040年废旧锂离子电池年产量将达到900万吨。目前只有一小部分锂离子电池被回收,其余都被填埋。2019年锂离子电池回收市场总量约为9.38万吨,2025年将增长至45.93万吨,2019年至2025年复合年增长率为30%。

在这种背景下,行业需要突破性技术和相关回收利用市场,需要回收商和参与锂离子电池二次生命应用的参与者有强大、持续增长的商业潜力。锂离子电池回收供应链包括电池芯、电池组、锂离子电池回收和相关商业模式的关键参与者。

image.png

锂离子电池回收供应链

分析表明,废旧电池的主要来源是消费品,包括近年来迅速发展的电动汽车。然而,锂离子电池制造过程中产生的制造废料也占有不可忽视的份额。就电动出行而言,制造废料在整个锂离子回收市场中占有相当大份额。因此,在锂离子电池回收市场预测模型中,Yole的分析师纳入了电池生产过程中产生的制造废料、报废锂离子电池和二次报废锂离子电池的份额。

image.png 

锂离子电池二次生命应用趋势

Yole电力电子和电池首席分析师Milan Rosina博士说:“废旧电池回收的宝贵材料可以为电池回收商提供一个机会。其原材料总价值约为9.21亿美元,2025年将达19.60亿美元,2040年将达263.81亿美元。由于锂离子电池回收率仅为百分之几,用于回收的锂离子电池原材料价值约为3.15亿美元,2025年将达11.37亿美元,2040年将达238.12亿美元”。

中国锂离子电池储能水涨船高

我国2019年已投运储能项目累计装机规模32.4GW,排名全球第一。抽水蓄能占93.4%,电化学储能占比大约5.3%,电化学中锂电池储能装机规模最大,增速接近60%。从装机规模看,我国锂电池储能已达56.3%。经济性方面,过去几年锂电池成本快速下降,电芯价格降到0.5元/Wh,系统成本到了1.5元的水平。锂电池储能系统全生命周期成本已低于铅酸电池。从技术和产业看,锂电池储能技术适应性较强,应用范围和场景广,在风能和光伏发电包括新基建领域,成本和安全性方面更具优势。

赛迪研究院预计,2025年我国锂电池储能累计装机规模将达到50GWh,市场空间达两千亿元左右,2035年装机规模可达600GW,是2019年的430倍,市场规模将达两万亿元。

从锂电池储能技术装备重点发展方向看,超长寿命磷酸铁锂电池、先进系统集成能力与智能化运维能力,包括光储充一体化综合电站都是重点发展方向。随着技术的发展,储能电站的安全也受到广泛关注。从我国目前情况看,建立一个健全的标准及检测体系仍然是一个需要解决的问题。同时需要建设一批具有国际水准的储能检验平台机构。

纯电动车并不“纯”

事实上,此前国内挂绿色纯电动汽车车牌的车除了有作为动力的锂离子电池,还有一块传统的铅酸电池为12V车载电器供电。铅酸电池普遍循环次数为300-500次,使用1-2年就要更换,车主甚至吐槽一年三换。伴随车辆向智能化纵深发展,12V车载系统“吃电深度”不断加大,进一步缩短了其使用寿命。而锂电池循环寿命普遍高于2000次,甚至达到5000次以上,且能量密度更高,质量和体积更小。

种种迹象表明,长期被铅酸电池把控的12V车载电源市场已被锂电化悄然撕开一道口子,围绕12V车载电源的锂电化变革已拉开序幕。

6月10日,特斯拉Model S改款车型Plaid上市,最大的变化是将铅酸电池更换为锂电池,以使其寿命周期与主电池组匹配。

豪华品牌保时捷Taycan 12V车载电源也选择了万向A123磷酸铁锂电池,标称电压13.2V,电池容量528Wh。此外,包括马自达、比亚迪、现代、起亚等车企也逐步开启纯电车型12V车载电源的铅改锂替代。

电池企业,包括宁德时代、万向A123、LG化学、骆驼股份、亿纬锂能等电池企业已开启12V锂电池布局。

截止2021年3月,中国私家车保有量约2.29亿辆,若12V启动电源全部换为锂电,其市场需求将达到68.7GWh,规模不可小觑。

动力电池储能应用模式和前景

电动汽车是推动能源革命重要的终端平台,融合了人工智能、大数据、互联网及信息通信新技术,在汽车工业新革命的同时,也成为了能源革命的一个方向。电动汽车动力电池储能应用模式和电网互动可以实现有序充电,解决未来电动汽车规模不断扩大后电网调峰和调频的问题;另外,还有车电互联回馈电网功能和换电站储能。

赛迪研究院预测,到2035年,全国动力汽车保有量有望达到1亿辆,动力电池保有量超过6000GWh;2050年这两个数字将分别达到3亿辆和2万GWh,也就是说,电池充满电时,能够存储的电量大约为200亿度电,相当于目前全国一天的用电量。

如果实现储能动力电池和电网的充分融合调度,完全有可能实现可再生能源的供需协同,为我国能源结构转型和能源革命提供有力支撑。近年来,相关部委出台了很多车网发展的鼓励政策,国家能源局发布的《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》明确提出,扩展电动汽车等分散电池资源的储能化应用,开展对淘汰动力电池进行储能梯次利用研究。

“城市矿山”开采不易

国家电动汽车技术创新中心总经理原诚寅博士认为,目前锂电池的再利用还在不明不白的阶段,一些问题并没有厘清。

他表示,随着上市电动汽车越来越多,锂电池的使用量越来越大,回收电池的工作已经开始,一些领先企业都在做这方面的事情,比如邦普、格林美、豪鹏,他们将锂电池回收称为“城市矿山”回收网络。这样件事是从报废的消费产品锂电池开始做起的。

目前锂电池回收处理情况如何呢?原博士认为,现在锂电池梯次利用和之后的处理方面还有一些技术路线没有完全走通,比如磷酸铁锂电池中的锂,现在大家愿意要的是钴和镍这些贵金属,而不愿意去碰锂或铁;另一方面,锂电池回收利用过程的几个阶段没有搞明白:

第一,车辆上锂电池状态的监测和评估,包括剩余电量、电池寿命预测。

第二,回收后是直接拆解?还是梯次利用?后者最大的问题是没有大规模数据,也没有大规模应用场景,大都是在讲故事,比如电信行业,根本没有那么多适合使用的50Ah的电芯。

第三,电池拆解后材料怎么处理?废液、隔膜怎么处理?比如取出来的材料是先全部用化学法萃取成各种金属,还先做一些其他处理。以前的套路是先放电,把电解液抽出来,然后用物理法粉碎,根据密度用风吹自然分区,再在不同的区用化学法萃取。现在发现,这种玩法因为混着比较多的杂质,用化学法萃取金属效率又比较低,业界正在寻找更高效、更短闭环的处理途径。

培育市场,政策引领

目前,我国电动汽车动力电池梯次利用市场还处于培育阶段。政策方面对梯次利用工作非常重视,主要由工信部牵头先后发布了电动汽车动力蓄电池回收利用暂行办法,提出落实生产者责任延伸制度和全生命周期管理,规定了电池企业、汽车企业及回收拆解企业生产全环节责任要求,发布了《电动汽车动力蓄电池回收溯源管理暂行规定》,以打通车上电池下来之后信息堵塞的问题。要求对动力蓄电池生产、销售、使用、报废、回收、利用全过程进行信息采集,各环节履行社会责任,还出台了《电动汽车动力蓄电池梯次利用管理办法》,鼓励开展一批试点示范工作。

京津冀、陕西、上海、江苏等17个地区和中国铁塔作为试点,做好电动汽车动力电池梯次利用示范工作。去年,工信部协同相关部委发布了电动汽车动力电池梯次利用管理办法征求意见稿,旨在鼓励电池企业与综合利用企业按照先梯次后再生的原则,对废旧电力电池开展多用途利用,并对梯次产品和企业责任做了相对明确的边界划分。

针对梯次利用企业,国家发布5家单位“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”后,第二批已有22家。

7月初,发改委等多部门印发“十四五”循环经济发展规划的通知提出,加强新能源汽车动力电池溯源管理平台建设,完善新能源汽车动力电池回收利用溯源管理体系。

推动新能源汽车生产企业和废旧动力电池梯次利用企业通过自建、共建等方式,建设规范化回收服务网点;

推进动力电池规范化梯次利用,提高余能检测、残值评估、重组利用等技术水平;

加强废旧动力电池再生利用与梯次利用成套化先进技术装备推广应用;

完善动力电池回收利用标准体系。

在应用方面,国家鼓励梯次利用企业研发适用于基站、储能等充换电领域的产品,不得开发不宜回收的产品,首次明确梯次利用下来的电池不能用于危险性比较高的领域。

之前溯源管理体系链条没有打通的一个重要原因是车上电池相关信息链不通,所以管理办法提出建议溯源管理体系进行厂商代码申请和编码规则备案,向新能源国家检测与动力蓄电池回收利用溯源综合管理平台上传产品信息,这个平台建立在北理工。

对梯次利用产品的要求主要包括六个方面:产品设计可靠性;拆解回收要求;产品性能实验需要满足的要求;产品标识内容;防护包装要求;认证制度要求。

工业和信息化部负责全国动力蓄电池梯次利用管理指导、协调工作。生态环境部、商务部、市场监管总局在各自职责范围内对动力蓄电池梯次利用进行监督管理,加强信息共享。

另外,还将组织电动汽车动力蓄电池梯次利用管理技术委员会,负责协调电动汽车动力蓄电池梯次利用管理过程中的技术问题,市场监督部门主要到对产品质量进行监督,生态环境部主要负责梯次利用企业生产、报废和再生利用企业利用处置等活动的环境污染防治情况的监督;商务部对报废机动车回收拆解企业拆卸行为进行监督管理。

在顶层设计基础上,我国废旧动力电池梯次利用回收将初步形成一个产业链。从动力电池生命周期看,从生产、制造、使用到梯次利用在再生利用之间通过规范化的回收网点来进行衔接。

工信部目前已经发布了1.2万多家认可的回收网点,同时也规定了整车企业是回收电池主要的责任方,但事实上,在电池拆解回收再利用方面整车企业能做的事情也并不多,目前通常是授权给电池企业和第三方回收企业进行电池回收。实际上第一批白名单上的回收利用企业都跟电池厂或整车企业有非常紧密的关系。

技术和规模是关键

目前,因为商业模式并没有完全打通,动力电池梯次利用和回收规模和集中度还存在一定不足。另外,技术的成熟度和适用性、标准化和规范管理以及安全性和监督方面都需要进一步完善。

随着汽车退役时间的到来,大规模回收利用也会很快到来,加速推进技术标准化工作,实现废旧动力电池高质量回收利用是亟待解决的问题。

 

 


文章推荐

赣州国家印刷包装产业基地加入新闻出版广电基地(园区)产业联盟

5个首位产业项目集中签约 总投资20亿元

江西省赣州市:背靠大产业 脱贫有保障

江西省赣州市财政部门多措并举 支持工业发展成效显著

省科技特派团精准对接我县农业主导产业

十九大时光:抓住新机遇 加快开放型经济升级发展

赣州旅游产业发展大会召开 四套班子主要领导全出席

以“6个+”助推产业链发展——南康电子信息产业异军突起

赣江新区绿色金融改革出新招 为全省首创

江西省新能源汽车零部件检测中心项目落户赣州

科创吧APP(安卓版)科创吧APP(苹果版)
关于我们 服务热线 0797-8391570