广告

废旧电池为何不能变废为宝?梯次利用难点在哪?

时间:2018-12-28 阅读:
梯次利用的市场规模有多大?国内在梯次利用环节较为知名的铁塔公司曾预估,截至2020年,可以进行梯次利用的动力电池累计为61.86GWh。按照80%的容量衰减以及60%的梯次利用筛选率,到2020年累计梯次利用动力电池约为29.69GWh。而按照0.62元/Wh的梯次利用电池价格估算,2020年动力电池梯次利用的市场规模约为77.69亿元。

“玩具车拆下来,遥控器还能用!”南孚电池的广告,通俗易懂地解释了什么是电池梯次利用。动力电池容量衰减至80%时,不适宜继续在车辆上服役,但依然有残值可以开发。

002ednc20181228

梯次利用的市场规模有多大?国内在梯次利用环节较为知名的铁塔公司曾预估,截至2020年,可以进行梯次利用的动力电池累计为61.86GWh。按照80%的容量衰减以及60%的梯次利用筛选率,到2020年累计梯次利用动力电池约为29.69GWh。而按照0.62元/Wh的梯次利用电池价格估算,2020年动力电池梯次利用的市场规模约为77.69亿元。

尽管如此,退役电池有没有梯级利用价值、安全性如何保证,业内一直存在争议。梯次利用难点究竟在哪里?为何不能将废旧电池变废为宝呢?

梯次利用难点:电池健康状况成”黑箱“  

“动力电池梯次利用储能是个伪命题。”11月22日,宁德时代(CATL)副董事长黄世霖在深圳举办的第五届中国储能创新与技术峰会上明确表示。宁德时代作为国内锂电产业的龙头,其负责人的公开表态,无异于给梯次储能泼了一盆凉水。

003ednc20181228

大量报废的锂电池组

无独有偶,中汽中心动力电池首席专家王芳在电车人联合会举办的“雄鹰计划”总裁培训班上发表演讲说,“我们在2012到2014年做过一个国家电网的课题,做了一个梯次利用的示范,当时用奇瑞S18淘汰下来的电池做了一个储能电站,做完以后我们也承认它接近一个伪命题,就是很难做、非常非常难做。”

《电动汽车观察家》向做过梯次利用项目相关企业进行了征询。其中一位前国网某公司不愿意透露姓名的负责人表示,早在10年前国网就专门对梯次利用进行了研究,在集中式储能、分布式储能、UPS、自行车应用等方面都进行了尝试,最终除了在自行车上应用比较理想外,在其他项目的表现都不理想。

梯次利用电池质量能不能满足储能的需求?武汉大学教授艾新平曾表示,电动汽车电池安全需要精心维护,即便是再好的电池,用户在使用后产品一致性都会变得不可控。黄世霖介绍,宁德时代把生命末端的电池进行反复充放电测试,然后再将电池解剖研究内部物理变化。但是,“目前对梯次利用电池基础数据积累远远不足,究竟生命末端的电池会发生什么?弄明白这个问题至少还需要几年的时间。”

经过车辆使用,动力电池的内部状况实际上是一个黑箱。产品已经与当初设计的新电池有了很大的区别,产品一致性、安全性很难保证。“目前主流汽车使用的三元电池,用来梯次利用做储能,现阶段还不够成熟,如果系统设计得不好,或者超期服役,会留下很多安全隐患。”黄世霖如是说。

打开黑箱子:单节检测、全生命监督和模组利用

想要彻底解决这一问题,就必须对每一节电池进行检测。某储能企业负责人表示,早期的梯次利用项目大多是示范性项目,不计成本投入。梯次电芯拆解成单节进行评估,再成组、再利用,成本投入非常高,这样的方案在大型储能上不具备可行性。

004ednc20181228

比亚迪动力电池梯次利用储能项目(图片来源:比亚迪储能)

如果能快速对电芯健康状况进行检测,剔除不健康电池,是否意味着梯次利用成为可能呢?

中汽中心王芳表示,电池梯次利用应当是有条件、有范围、有要求的梯次利用。她认为,实施电池市场中实施编码规则有利于电池后续的监督管理。同时也有锂电企业负责人将希望寄托于今年启动的动力电池溯源平台。如果真可以通过信息采集与管理等手段,实现动力电池全生命周期监管,对于后续动力电池梯次利用,残值开发会有重要的意义。

废旧动力电池通常按吨定价,对电池企业来说并不算合算。如果溯源平台可以进行监控,未来退役动力有望按照电池剩余电量进行交易。但该负责人也表示,想要实现电池SOC的实时监控,依然还有很长的路要走。

单体检测利用成本太高,快速检测又难以实现,梯次利用怎么进行?有企业提出了模组利用的技术路线。通过模组能否规避单体电芯健康状况“黑箱”问题呢?

“目前BMS技术对单体电芯监控比之前进步很多。”国内某回收企业负责人表示。他认为,通过对模组进行均衡,取长补短,一定程度上可以提高梯次电池的安全性。

除了BMS技术进步外,也有专业从事梯次利用的第三方企业负责人表示,可以给梯次电池加装监控设备,来提高梯次电池的安全性。“设备对梯次进行全时监控,对出现异常状况进行报警,以防止事故的扩大。”

《电动汽车观察家》了解到,目前一些企业为节省成本,倾向于使用模组利用或者整包利用。给电池模组或整包进行均衡和添加监控设施、集中放置在集装箱里,一箱大约1MWh,进行分布式储能或者集中储能。这样的储能设备价格在1元/Wh,有一定的市场竞争力。

储能用退役电池真的经济?

通过模组利用规避单体电芯问题,是否能让梯次电池妥善利用呢?有企业对这样的做法表示否定。国内某锂电企业负责人表示,储能商业模式盈利点在于电能的快充快放。“储能企业一箱1000度电,每天可能要充放两遍才能盈利。梯次电池显然不能满足商业储能的需要。

“充放电能循环4000次的动力电池衰减到2000次循环,如果装在储能系统里面,仅仅做削峰填谷的话,磷酸铁锂能用三到四年,而三元电池只能用两年,经济上不划算。”黄世霖如是说。

黄世霖认为,未来储能系统要做到一万次以上的循环,才会具有比较好的经济性。此外他认为,未来动力电池和储能电池会是两种不同的技术路线,动力电池提升能量密度后循环寿命会越降越少,不适宜进行梯次利用。

梯次电池除了在性能上与储能场景不匹配,还有很高的隐形成本。

“梯次利用电池和整体储能系统寿命是不配套的,后续更换电池的成本很高。”前文所提及的专业第三方梯次利用企业负责人表示。由于梯次电池的寿命有限,一些梯次利用项目很可能出现电池寿命短于储能箱体、空调、防护措施的问题。因此出现中途更换电池的情况,这个成本是比较高昂的。

梯次利用,重在找准场景

005ednc20181228

铁塔公司的通讯基站

“目前梯次电池最大问题是退役的电池找不到适宜的应用场景”,前文提及的国网某公司负责人表示。退役电池和梯次利用需求不匹配,就必须进行重组,梯次电池和新电池价格上的差距就不明显。

梯次电池不适合大规模在储能设施上使用,在其他应用场景里是否会有市场前景呢?

杭州环池能源科技有限公司总经理周晓亮是模组梯次利用的支持者。他认为“目前动力电池模组为满足汽车级制造要求,在电池模组上使用了很多高成本设计,一般小型电池模组是不具备这种设计的,有很高的利用价值。”

环池能源将退役的电池模组做成家庭用的储能装置、便携式储能装置和一些低速车动力电池,在市场上表现还不错。“这些梯次储能产品在国外电力设施不完善的地区更有市场。另外我们监控三轮物流车每天的行驶需求约50km,退役的电池模组可以很好与之匹配。”周晓亮表示。

“尽管每家的电池成组都有所不同,但总体来看电池模组尺寸适配性还是很高;模组电压平台基本在20V-30V,我们梯次应用场景在12V-72V电压上,也比较匹配;现在大多数退役模组容量在70-80Ah,正好比现在物流三轮车的电池大一点,可以很好替代以前的电池产品。”周晓亮介绍。

尽管如此,有业内人士表示了自己的担忧,这些小行业能否消化新能源汽车庞大退役动力电池呢?

梯次利用应该是锂电生产设计之初就考虑的一个环节。中汽中心王芳表示,电池在设计上其后续的应用场景,就应该是明确的。

“目前来看,梯次利用不应当急于着眼于车辆之外,更应当着眼于车辆本身。当务之急是建立车电分离的商业模式。”伯坦科技创始人聂亮表示,“相较于把电池取出来为其寻找合适的应用场景,倒不如直接在在车辆上梯次使用。电池包先给乘用车使用,当SOC衰减至90%时,提取出来更换给营运出租车使用,当电池衰减至60-65%时,再给物流车使用。但这样做的前提是,车辆的电池包和电气平台必须匹配,配套合理的商业模式,可以达到电池包的有效利用。”

“梯次利用电池对标的对象应该是一些在市场上存在明显痛点的储能产品,比如原先采用铅酸电池但使用频度较高的快递三轮和四轮游览车等领域。另外在使用频率不高的一些产品也已经开始替换为梯次利用电池,比如中国铁塔替换的通讯基站的中的备用,普通铅酸产品重量大,维护工作量大,梯次利用电池和铅酸电池价格相当,也具有比较优势。”周晓亮表示。

梯次利用、拆解回收你选哪一个?

既然梯次利用困难多,那为什么还要梯次利用呢?干脆拆解了卖钱得了。

006ednc20181228

长城电源的梯次利用项目(图片来源:电媒方)

在固废处理、动力电池生产、金属回收、锂电材料加工都有布局的桑德集团表示,目前公司的锂离子动力电池梯次利用和回收再生业务,委托旗下的桑德智慧能源和鸿捷新材料有限公司进行运营。

据桑德方面有关负责人介绍,鸿捷新材料目前具备10万吨/年的废旧锂电池资源化循环利用能力。其主要采用“火法预处理+深度湿法回收”相结合的创新工艺技术处理废旧电池。处理废旧电池材料不同,最终受益也不一样。目前以此手段处理三元废旧电池,以523为例,处理一吨电池收益毛利润在15%左右,但如果同样处理一吨磷酸铁锂电池,则要亏损800—1000元。

桑德方面表示,对于退役的磷酸铁锂电池,经全面检测评估后如果符合梯次利用标准,主张尽量梯次利用;待梯次利用市场成熟及相关政策明朗后,后续回收再生则交由市场判断其市场价值和经济效益。

北京赛德美资源再利用有限公司则采取了物理回收方法,在处理过程中,将动力电池材料逐一分类,进行回收。通过这样的回收方法,传统回收企业不能盈利的磷酸铁锂电池,也可以回收到部分盈利。

赛德美董事总经理赵小勇认为,相较于梯次利用,动力电池回收更具有实践意义。目前动力电池的价格仍比较高,是电池梯次利用的一个前提,未来动力电池成本下降,梯次利用的商业前景也将不复存在。目前市场上的产品来看,退役的三元电池数量还没有形成规模,大多数企业回收的动力电池以磷酸铁锂居多,未来随着三元电池报废量的增多,从经济上考虑,应该有更多企业选择直接进行拆解回收。

但赵小勇也表示了自己担忧,现阶段回收渠道不足,行业细则也不完善,企业难以形成规模,这是影响回收企业盈利的一个阻碍。

“我们应该强调电池的环保属性,而不是片面强调电池的资源属性,应该注意如何绿色回收,而不是片面强调废旧电池的价值。”赵小勇表示。

(来源:电动汽车观察家)

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
广告
相关新闻
广告
广告
广告
广告