1、背景近年來，受益于政策、補貼，我國新能源汽車呈現快速增長，進而導致動力鋰電池的需求量和報廢量不斷增長。統計數據顯示，2015年中國鋰電池總產量47.13Gwh，其中，動力電池產量16.9Gwh，占比36.07%；消費鋰電池產量23.69Gwh，占比50.26%；儲能鋰電池產量1.73Gwh，占比3.67%。報告測算，到2020年動力鋰電池的需求量將達到125Gwh，報廢量將達32.2Gwh，約50萬噸；到2023年，報廢量將達到101Gwh，約116萬噸。當前，電池金屬材料資源的供需不平衡正逐漸顯現。隨著新能源車下游需求逐步明確，國內動力電池廠商2016-2017年紛紛擴大產能，尤其是三元電池

2、的擴張，進一步提升了對鈷的需求因此從廢舊電池中回收再利用鈷也越來越具有經濟性。對企業而言，動力電池回收蘊藏著巨大的商機，經過回收處理，可以為電池生產商節約原材料成本。此外，動力電池回收還與政府建設低碳經濟和環境友好型社會密切相關。電動汽車的動力電池性能會隨著充電次數的增加而衰減，當電池容量衰減至額定容量的80%以下時，動力電池就不適于應用在電動汽車上，這意味著其在電動汽車上的使用壽命終止。如果直接將電池淘汰，必將造成資源的嚴重浪費，同時也會導致環境污染。國標GB/T34013-2017電動汽車用動力蓄電池產品規格尺寸明確規定了電動汽車用動力蓄電池的單體、模塊和標準箱尺寸規格要求。這一標準可有效

3、解決此前存在于動力電池梯次利用中，動力電池由于尺寸不一難以匹配儲能電站或家用儲能設備結構的難題，也降低了動力電池的梯次回收利用的門檻。國標GB/T34014-2017汽車動力蓄電池編碼規則規定了動力電池編碼基本原則、編碼對象、代碼結構和數據載體。該標準發布，可在動力電池生產管理、維護和溯源、電動汽車關鍵參數監控，特別是在動力電池回收利用環節，憑借可追溯性和唯一性，更加準確地確定動力電池回收的責任主體。國標GB/T34015-2017車用動力電池回收利用余能檢測。則規范了動力電池外觀檢查、極性檢測、電壓判別、充放電電流判別、余能測試等檢測流程，為車用動力電池的余能檢測提供評價依據，有助于提高廢舊

4、動力蓄電池余能檢測的安全性和科學性。隨著新能源汽車保有量的增長，動力鋰電池的梯次利用和回收成為一個必須面對的問題。在動力鋰電池梯次利用和回收尚未發展成熟的情況下，運營模式就顯得尤為重要，這關乎成本和盈利等企業切身利益。目前國內已有企業在動力鋰電池的梯次利用和回收方面展開布局，運營模式也各有不同。動力電池梯次利用的意義在于從電池原材料電池電池系統汽車應用二次利用資源回收電池原材料的電池全生命周期使用角度考慮，可以降低電池成本，避免環境污染。針對退役的動力電池，有兩種可行的處理方法。一種是直接作為工業廢品，進行報廢和拆解，提煉其中的原材料，實現原材料的循環利用。另一種方式則是考慮退役的動力電池，雖

5、然已經不滿足汽車的使用條件，但仍然擁有一定的余能，其壽命并未完全終止，可以用在其他領域作為電能的載體使用，從而充分發揮其剩余價值。退役電池單體之間存在差異，尤其是均勻性上，有時候能量的衰減是非線性、斷崖式的，就如同木桶理論最短的木板起決定作用，最差的電池則決定了整 個儲能系統的性能目前我國動力電池回收處理技術發展較為成熟，但管理相對落后，阻礙了動力電池回收產業的發展。主要表現在：回收網絡不健全，回收網絡主要由中小回收公司組成，難以得到有效回收；回收企業規模較小，工藝水平不健全，較難保證資源回收效率；存在沒有經營許可的企業非法從事廢舊動力電池回收，帶來安全和環保隱患。 據了解，目前國內外對廢舊鋰

6、離子電池的回收過程是：首先徹底放電，然后對電池進行拆解分離出正極、負極、電解液和隔膜等各組成部分，再對電極材料進行堿浸出、酸浸出、除雜后進行萃取以實現有價金屬的富集。梯次利用梯次利用的前提首先從全生命周期追溯。如果不解決電池使用過程中到底怎么使用的、使用狀況是什么樣的，梯次利用也無從談起。梯次利用技術難點一是探索最佳配組方案，標準模組直接梯次利用是最佳方案，單只問題電芯導致模組需要拆解并重新組合。難點二是集中式大型儲能電站安全性。磷酸鐵鋰電芯的大規模儲能梯次利用是可行的，退役的三元電芯的集中式儲能方案不現實，適合直接資源化回收。難點三是BMS元器件老化，電子元器件的老化失效需要技術驗證。200

7、9年日本東芝提出對SCIB電池進行二次利用。2013年之后，國內眾多動力電池企業、電動汽車企業也都積極開展動力電池梯次利用基礎研究。電動汽車市場化快速發展讓動力電池的梯次利用有了“現實需求”，研發及應用逐漸增多。電動汽車的梯次利用要考慮到電動汽車的復雜性，但技術上總體可行。在工程示范應用方面，國網建有30KW/1MWh梯次利用錳酸鋰電池儲能系統和250KW/1MWh梯次利用磷酸鐵鋰電池儲能系統。總體來講，我們需要關注三個方面的問題：技術性可行性方面：包括老化程度、后期衰退、安全性、可靠性，涉及到老化、失效機理，后續壽命，安全性、可靠性檢測、分級篩選技術、工況測試，重組與管理技術等方面，但相關標

8、準目前仍缺失。經濟可行性方面，包括舊電池成本計運輸/檢測、重組成本，新電池成本的快速降低，低成本的競爭性儲能技術，再利用的收益，需要快速檢測/分選/成本技術，電池系統組件綜合再利用等。市場方面，所有權復雜、電池殘值、風險責任、電力市場，這方面還需要政府支撐與扶持，產業界的積極響應和。總體來說，隨著動力電池技術進步和性能的提高，相關標準的逐步完善，都利于其梯次利用。而動力電池梯次利用的經濟性隨著儲能市場的發展及電池梯次利用規模化的應用，也逐漸顯現。在回收工藝方面，我們實現了電池安全無污染的拆解，通過堿液中和去除電解液，對堿液也進行處理和再利用，同時也實現正負極、隔膜等所有材料的有效分離，對堿液實

9、現全收集和凈化處理。創新之處是堿液中和，無高溫煅燒，無煙塵、尾氣排放，實現100%分離，同時適用于LFP與三元電池回收處理。但同時也存在挑戰，即設備自動化低和處理效率低。從整個投入來看，回收處理1噸廢舊電池的花費約在5575元，回收處理1噸廢舊三元電池的收益為5900元。三元電池回收可實現預期經濟效益，LFP電池回收，須通過提高回收處理效率以期實現經濟效益平衡。總而言之，要實現鐵鋰電池回收，回收效率是一個關鍵。我國正處于電池梯次利用的起步階段，技術難點還有重組技術、壽命預測和離散整合技術等。壽命預測是整個梯次利用產品技術的關鍵點，如果不掌握產品的使用壽命，試問如何為客戶提供質量保證呢？所以從電

10、池企業的角度出發，攻克壽命預測技術是梯次利用項目的重中之重。當然，壽命預測技術之所以難，是由于很多關鍵技術集中體現，如衰減機理、檢測、消耗量等。還有一個難點，在不同的情況、不同的地區環境和工況下，電池的消耗速率并不一樣，同一時間退役的一批電池，將出現不同的衰減速率，而將分布不均勻的電池重新應用于一個產品中，對于整個行業來講，這是一個難點。離散整合技術的關鍵點就是在管理系統里如何讓系統更有效地應用剩余的能量，目前業內都在集中力量攻克這個難點，重點解決不同的離散程度的電池包如何在一個系統里高效運行。電池材料回收方面，寧德時代與具備材料回收資質的企業合作。從操作流程來講，主要包括電池包分類、拆解及材

11、料回收三步驟。目前，針對材料回收的拆解環境、運輸條件，企業都在制定標準，今年可推出材料回收和包裝運輸的標準，計劃在2017年推行一系列梯次利用標準。具體而言，電池拆解是通過破碎變成電極粉，再將相關金屬進行回收；材料回收主要是通過電極粉、經過酸堿、萃取，然后變成三元材料，最終呈現的產物是硫酸鎳、硫酸錳、硫酸鈷等。對此，確保回收過程也是環保回收是衡量梯次利用的一個重要標準，因此過程監控顯得非常重要。基于此，國家對場地、拆解環境、拆解設備、拆解人員做出相應的要求，企業在制定標準時也涉及到設備、人員資質、拆解環境、油水分離等問題。總而言之，材料回收在保證環保的同時，要達到較高的回收率。最后，電池材料回

12、收是通過“物理+化學”的方法，整車企業無須過多考慮后端處理的問題。相對而言，梯次利用更能夠發揮產品的最大價值，實現循環經濟的利益最大化，是更為綠色和環保的做法。但梯次利用所面臨的難題和挑戰也非常的多，如果不能有效解決，就不能實現真正的產業化。1. 電池拆解動力電池退役時，是整個pack從車上拆解下來的。不同的車型有不同的電池pack設計，其內外部結構設計，模組連接方式，工藝技術各不相同，意味著不可能用一套拆解流水線適合所有的電池pack和內部模組。那么，在電池拆解方面，就需要進行柔性化的配置，將拆解流水線進行分段細化，針對不同的電池pack，在制定拆解操作流程時，要盡可能復用現有流水線的工段和

13、工序，以提高作業效率，降低重復投資。在拆解作業時，不可能完全實現自動化，必然存在大量的人工作業，而pack本身是高能量載體，如果操作不當，可能會發生短路、漏液等各種安全問題，進而可能造成起火或爆炸，導致人員傷亡和財產損失。因此，采取什么樣的措施和方法，確保電池拆解過程中的安全作業，是梯次利用的一個重點。2. 剩余壽命預測這里分兩種情況考慮，一種是動力電池在服役期間，其相關運行數據有完整記錄，那么當梯次利用的廠家拿到這些數據之后，結合電池的出廠數據，可以建立電池模組的簡單壽命模型，能夠大致估算出，在特定運行條件下電池模組的剩余壽命(根據所設定的終止條件)。另一種情況就惡劣的多了，動力電池的使用情

14、況并無數據記錄，僅有出廠時的原始數據(如標稱容量、電壓、額定循環壽命等)，使用過程未知，當前狀態未知。當梯次利用的廠家拿到電池后，如何判斷其健康狀態和剩余壽命呢？這就需要對每個模組進行測試，先明確其當前的健康狀態，然后要根據測試數據和出廠時的原始數據，建立一個對應關系，根據不同的材料體系，大致估算其潛藏的剩余價值。第二種情況，梯次利用的成本會提高很多，測試設備、測試費用、測試時間、分析建模等，都會增加不少的成本，導致梯次利用的經濟價值降低。基于有限的數據，對剩余壽命的預測也是不準確的，這無疑又會增加梯次利用產品的品質風險，使得產品的生命周期成本較高。所以，如何做到快速無損的檢測，是該種情況下梯

15、次利用的關鍵所在。3. 系統集成技術梯次利用，最合理的應該是拆解到模組級，而不是電芯級，因為電芯之間的連接通常都是激光焊接或其他剛性連接工藝，要做到無損拆解，難度極大，考慮成本和收益，得不償失。不同批次的電池模組，甚至來自不同廠家的電池模組，如何在同一系統中混用？這里面有幾個系統集成技術必須著重考慮并解決：1) 分組技術需要對不同的電池模組建立數據庫，根據材料體系、容量、內阻、剩余循環壽命等參數重新分組。分組參數設定要合理，過大不好，模組離散性大，成組為系統后，對系統性能和壽命影響很大；過小也不行，分組過于嚴格，會導致可匹配的模組少，系統集成困難，產品成本很高。2) 成組技術什么類型的電池模組

16、可以成組為系統，這需要結合產品定位和目標市場(高端？中端？低端？)，現有電池模組等級和類型，以及產品開發具體目標(性能，壽命等)，建立一個系統級模型，推算出相關的匹配系數，確定產品的總體方案。3) 系統柔性設計這里有兩個方面需要考慮：系統結構方面，需要充分考慮不同模組可能具有不同的尺寸，重量和串并聯數，那么系統內部的結構設計應該是在X，Y，Z軸方向都有很大的彈性，以兼容不同的模組，固定方式既要考慮緊固性和可靠性，又要考慮彈性和便于快速裝卸；模組的線束連接方面，多柔性化考慮，做到可快插和快換。4. 電池管理系統的魯棒性(鋰)電池管理系統的設計，一直是個世界級的難題，直到目前為止，也沒有哪個公司在

17、這個領域做到相當的成熟，最多實現了產業化而已。針對電池組的優化管理，尚無非常有效的解決方案，因為電芯并不是一個特性比較明確的物理系統，而是一個在不斷變化的化學系統，其各項參數都與運行工況、外部環境、內部劣化速度相關，隨時間在不斷的變化。國外在算法和理論研究方面走的比較早，在工程方面也有深厚積累，所以產業相對成熟。國內在BMS軟硬件研發方面，起步較晚(最近幾年的事情)，理論研究不足，工程應用是小步快跑，整體資源投入不足，各家企業都還沒有非常穩定可靠的解決方案。在梯次利用領域，BMS所要面對的情況，比汽車領域更為復雜。面對各種化學體系、各種規格和批次、各個生產廠家、各種健康狀態的電池模組，如何進行

18、有效的管理，確保他們在今后的歲月中健康工作，安度晚年？在硬件方面，應確保BMS的硬件歸一化設計，兼容各種不同的模組，而不必針對不同的模組和產品，開發多種規格的硬件產品。這樣可以簡化BMS的硬件開發、升級和維護，降低產品的成本。在軟件方面，需要做到底層軟件模塊化、標準化和固定化，應用層軟件做到模塊化、標準化和智能化，能夠自適應各種類型的模組，并能夠自我學習，在運行過程中為模組和電芯建立模型，做到智能化的監控、預測、診斷、報警和各類在線服務。軟件的升級可在線進行，并可遠程升級。5. 成本控制毫無疑問，成本是梯次利用的最大優勢，也是梯次利用經濟效益的來源。那么如何做到良好的成本控制，將系統成本做到新

19、電池產品的三分之一，甚至五分之一，將直接決定梯次利用是否能夠發展成為一個龐大的產業。在原材料環節，如何以較低的成本拿到電池pack，如何降低pack和模組拆解的難度，如何針對不同pack復用流水線和工藝，如何簡化測試，如何建立電池模型等，都會影響后續的產品成本。在產品開發環節，如上面所講，系統集成是關鍵，電池模組混用、系統柔性化設計、BMS魯棒性設計等，都能有效降低產品物料成本。在產品的運維環節，如何確定合理的質保年限，做到智能化的管理，遠程診斷和維護等，都會影響產品的生命周期成本。6. 產業鏈整合動力電池的梯次利用產業鏈，涉及到用戶(車主或商業運營單位)、車企、動力電池企業、梯次利用企業，如

20、何創造一個共生共贏的產業鏈生態圈，是必須要考慮的。如果僅僅是后端的梯次利用企業獲利，那么用戶、車企、以及動力電池企業，就沒有足夠的動力去參與和推動動力電池的梯次利用，產業規模就難以起來。這既需要政府層面建立相關規范和標準，也需要產業鏈各環節的企業，一起緊密合作，嘗試成立電動汽車后市場的產業聯盟，大家一起來參與，才能推動產業健康發展。7. 商業模式創新對于動力電池的梯次利用衍生產品，客戶在知情的情況下，會對產品的性能、壽命、可靠性、安全性等心存疑慮，產品的推廣會存在一定的阻礙。在產品的推廣和應用方面，要充分考慮客戶的現狀和訴求，多種商業運作方式相結合，在充分幫助客戶獲利的基礎上，獲得自己的利益。

21、可充分借鑒其他行業的一些成功經驗，如分期付款、分時租賃、盈利后結算、托管運營、甚至免費供貨(靠后續增值服務)等，探索梯次利用方面的有效商業模式。二、 可靠性與安全性難題1. 電芯的容量和內阻離散性即使經過嚴格篩選的退役電池模組，在重新配對成組為系統之后，由于大多數電芯都已進入生命周期的中后期，其老化(劣化)速度不一，并且情況較剛出廠的電池要惡劣的多，突出表現為容量和內阻的差異越來越大，導致系統在可用容量和充放電功率方面越來越弱，可靠性問題嚴重。這種老化速度的離散性變化趨勢，嚴重時會使得產品的性能和壽命遠低于預期，增加產品的售后風險。那么在技術研究上面，除了上述已經談到了的分組和成組技術，還需要

22、結合BMS的智能化管理和電力電子的功率變換技術，通過BMS在運行過程中去“感知”這種變化趨勢，并找出系統的短板，再通過電力電子技術去平衡或彌補“缺陷”，一定程度而言，可以延緩這種加速老化的趨勢，延長使用壽命。2. 潛在的安全隱患針對拆借后的電池模組，僅通過目視檢查，是無法發現一些安全缺陷的，如輕微脹氣、漏液、內短路、外殼破損、絕緣失效、極柱腐蝕等。如果這些安全缺陷不被檢查出來，相關模組用到新產品中，那么會導致新產品存在較為嚴重的安全隱患。采取簡單、快速而有效的檢查措施為拆解后的電池模組進行安全“體檢”，這是非常重要的測試工序。在新產品運行過程中，BMS仍然承擔著電池“家庭醫生”的角色，必須時刻

23、對安全狀態進行監控，排查隱患，及時采取措施。在梯次利用市場，BMS的安全檢測功能顯得尤為重要，如同人到中年，身體自然不如年輕人那么健康，及時體檢，能夠發現大多數疾病的前兆。三、 梯次利用的市場和商業前景電動汽車動力電池的梯次利用，必須找到適合的市場，并能夠產生良好的經濟效益，這樣才能推動產業化的發展，實現真正的變廢為寶，最大限度的挖掘剩余價值。這個市場，不能是遠期的市場，而應該是當前存在的市場，且退役的動力電池在該市場中具備一定的產品競爭優勢，使得該市場中的相關企業有足夠的利益驅動，采用梯次利用的動力電池組作為部件。經過初步的分析，我們找到了動力電池梯次利用的3個潛在市場，這些市場既有足夠大的

24、規模，也與電池產業息息相關(其主要部件就是電池組)，動力電池的梯次利用技術可以與這些市場實現無縫對接，快速實現產業化。鋰電池的回收過程中面臨的一些問題，就是隔膜和電解液難以回收，負極回收價值也不是特別高，正極的回收價值比較高。現在國家路線是提升電池高比能量，使得目前整個電池材料的發展是朝著一個高鎳材料的方向發展，相比與鈷元素，我們未來整個電池回收在元素方面的回收積極性或價值會逐漸的降低。電池回收可以分為梯級利用和再生利用。梯級利用是我司重點考慮的問題，我希望電池包可以實現整包級別或者模組級別的梯級利用。對于單體級別梯級利用是不看好的，如果單體拆解一整套的流程走下來，一方面成本比較高，另一方面在整個電芯拆解的過程中，勢必會用到各種切割或則打磨，可能會產生察覺不到的各種各樣的問題，可能對電池的性能會產生巨大的影響。雖然我們傾向于電池