一．动力电池的使用现状与梯次利用

       在能源短缺、温室效应和空气污染等全球性问题的影响下，全球新能源汽车销量创下历史新高，我国锂电池行业正处于前所未有的高速发展期。为大力推进经济社会发展全面绿色低碳转型，加速实现“碳达峰、碳中和”的战略目标，2020年国家发布《新能源汽车产业发展规划2021～2035年》，到2025年新能源汽车新车销量达到汽车新车销售总量的20%左右，同时，要求加强新能源汽车与电网（V2G）能量互动，在如此强大的推动下也带来新的问题与挑战。

      随着车辆行驶里程的增加，动力电池的性能也随之逐渐劣化，通常认为当其容量衰减至初始容量的80%时，即认定其无法满足车辆领域的要求，需要从车载领域退役。届时，将会有一大批动力电池进入规模化回收市场。为避免资源浪费，提高退役的动力电池的利用价值，工业和信息化部、科技部、环境保护部、交通运输部、商务部、质检总局、能源局等政府部门联合印发了《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》，要求贯彻“先利用，再回收”的原则，优先开展再利用工作。退役锂电池进行性能检测并重组后，可以进行梯次利用。在不同领域的利用所获得的经济效益也有所不同。目前国内已有退役电池梯次利用于储能领域、通信行业等低倍率放电应用场景。如图1所示。

图1.动力电池回收利用流程

纵观当前废旧磷酸铁锂电池的回收工艺及产业现状，在循环寿命方面，磷酸铁锂电池的寿命要远长于三元电池。在安全性方面，由于磷酸铁锂正极材料的稳定性决定了其同样优于三元电池，因此具有很高的回收再利用价值。回收电池的剩余能量密度可以达到60~90Wh/kg再循环寿命可以达到400~1000次（如图2所示），随电池制备水平的提高，再循环寿命还可能进一步提升，与能量为45Wh/kg、循环寿命约500次的铅酸电池相比，废旧磷酸铁锂电池仍然具有性能优势。而且废旧磷酸铁锂电池成本较低，仅为4000~10000元/t，具有很高的经济性。

图2.磷酸铁锂电池循环寿命测试

二．回收动力电池的评测方法

      由于回收的动力电池使用的工况各有不同，电池的性能也大不相同。因此不能直接将回收的电池进行简单的排列组合就投入使用，这样不仅会缩短电池的使用寿命，而且存在一定的安全隐患。为了保证回收的动力电池能够安全、稳定、最大限度的发挥余温，首先要对这些电池的性能进行准确地评估。如电池荷电状态(SOC)、健康状态(SOH)、功能状态(SOF)、一致性表征等参数，如图3所示。

图3.动力电池梯次利用流程

对电池的SOC评估的方法有开路电压法、I-U-Ｒ法、神经网络法、卡尔曼滤波法等。龚春忠等提出了利用首次充放电容量经验公式检测电池余能的方法。此外，徐艳民通过BP神经网络算法优化了估算退役电池SOC的EKF算法的精度。

       目前通过直接放电法、内阻法、电压曲线拟合法等评估电池的SOH。李晓宇等[16]针对磷酸铁锂动力电池设计了其健康状态参数的提取方法，该方法能够实现在低平均倍率和脉冲工况下的容量、内阻参数的提取，从而为磷酸铁锂电池的SOH评价、梯次利用分类再成组提供参考。

       相对于回收的动力电池SOC、SOH性能检测，对于SOF的研究相对较少。对此徐艳民提出了一种基于模糊逻辑进行评估的创新方法。

       除上述检测指标外，还有对电池的欧姆内阻进行检测，但目前对回收电池的评估指标尚不完善，测试精度不高，电池种类繁多等问题，我们在电池回收领域还有很大的上升空间。

三．回收动力电池的应用

       经过检测、重组等工序的安排，回收的动力电池即将进入梯次利用的下一个阶段。目前这些电池主要应用在储能、交通、备用生活电源、户外移动电源等。

       梯次电池储能系统应用场景广泛，他的特点是快速响应和双向调节，适应环境强、小型分散配置且建设周期短的技术优势。按照使用用途及特点可以分为可再生能源电力储能电网调峰调频储能配电侧分布式储能和用户侧分布式微网储能等。按照安装应用的不同，储能系统可分为电网侧、电源侧、用户侧储能装置如图4所示，其在不同场景中发挥的作用如图所示。回收的动力电池可适用于电源侧集中式可再生能源并网，电网侧实时调度、调峰、备用等以及用户侧削峰填谷、需量管理、电能质量优化等多个应用场景。

图4.梯次利用电池使用场景

梯次利用的电池还可以作为交通动力电源。根据使用的场合需求，如低速、短途、对电池容量要求不高的情况下，可以将回收的动力电池加以合理的应用。比如电动自行车、电动工程车、电动巡逻车、电动扫地车、电动叉车等，可以将部分或者全部电源更换为梯次利用的电池。

        除此之外，回收的动力电池亦作为通信基站的储备电源。如今，网络已经变成我们生活中必不可少的一部分，为了保证在断电或者其他突发状况下网络通信畅通，那就需要电源不间断的维持通信所需的电源。作为通信基站的备用电源无需很大的容量、大的电流、高的电压，而这些回收的动力电池就可以轻松升任这项艰巨而又伟大的重任。中国铁塔管理着全国范围内的通信基站，作为2018年7月25日工信部等七部门联合发布的《关于新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知》中唯一一家试点企业，目前也正在计划使用退役的动力电池逐步替代传统的铅酸电池。

四．回收动力电池的评估

        相比与新鲜的电池，这些回收的电池在容量、安全性上大不如前，但是直接报废处理不仅造成资源的浪费，而且处理不当还会造成环境的污染。通过梯次利用进一步的利用这些回收的电池，既可以缓解上游资源的压力，还能减小对环境的压力，并且还有一定的经济价值，让新能源更加的绿色。

        首先，回收的动力电池在梯次利用技术上有一定的难度。目前，进入梯次利用的电池大多都是退役的电池包、电池模组等经过简单的检测配备一定的管理系统后进入梯次利用阶段，如储能、低速电动车、家用备用电源等。而单体电池进入梯次利用的应用很少，主要难点在于模组的拆解、剩余寿命预测以及电池重组。

        其次，虽然动力电池进入梯次利用阶段有一定的技术壁垒，但是其经济价值还是很可观的。相对于单体电池，模组或电池包进入再利用阶段有更大的经济价值。目前磷酸铁锂电池回收价格的成本0.15-0.2元/Wh，加上一系列的处理，运输等费用，销售成本价格大概0.4-0.45元/Wh，而铅酸电池的价格为0.45-0.55元/Wh。除了价格优势外，动力电池在能量密度、循环寿命、工作温度、环保等方面远超铅酸电池，如表1所示。单体电池由于其材料体系、型号、尺寸、能量密度、使用情况的问题在拆解、检测、重组等造成高昂的利用成本，因此单体的电池目前不具备经济价值。

表1.梯次储能电站对比

还有，最重要的一点：安全性。安全隐患来源于电池的内部和环境因素，梯次利用的电池之前使用的工况不同造成他们的质量也层次不齐，易存在易燃、热失控的风险，此外电池管理系统(BMS)、储能变流器等外围系统也易成为事故的引发点。磷酸铁锂电池过充过放均会造成析锂现象，形成锂枝晶晶核与枝晶生长，刺穿正负极之间的隔膜造成微短路；此外高温下会造成隔膜不同程度的受损。微短路与短路现象会使电池逐渐温升，当隔膜融化后电池安全性将无法保障。而铅酸电池充电电压过高或充电时间长，会产生大量气泡，同时电解液温度升高。充满电后电解液会产生氢气和氧气，蓄电池过充、升温或电级接触不良产生火花等，存在爆炸风险。

五．总结与展望

       随着电动车行业的快速发展，我国的动力电池用量逐渐增大，随之而来的电池退役、报废也是对我们的一次考验。这次考验即是挑战也是机遇，梯次利用能否有效的缓解这次的动力电池退役潮，还离不开政策的扶持、技术壁垒的突破、商业模式的进一步创新。总体而言，我国在退役电池的梯次利用方面已经有了一定规模的研究和实际应用，但在提升相关技术、缩减经济成本以及完善行业体系等方面依旧存在待解决的问题，仍需进一步改进以形成完整的梯次利用产业链。相信在不久的将来，在政府、高效研究院等相关且也的高度重视下，回收的动力电池也会高效、经济的进去梯次利用的阶段，锂电池也会发展的越来越好。