動(dòng)力電池梯次利用與回收處理技術(shù)進(jìn)展
圖為國家電網(wǎng)河南電力科學(xué)院趙光金博士發(fā)表主題演講
為了幫助企業(yè)客觀分析2016年動(dòng)力電池行業(yè)運(yùn)行情況，正確把握行業(yè)發(fā)展趨勢，加大動(dòng)力及儲(chǔ)能電池的開發(fā)應(yīng)用，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)和電池中國網(wǎng)聯(lián)合主辦，雙登集團(tuán)股份有限公司、壹能（北京）網(wǎng)絡(luò)科技有限公司共同承辦的“2016年第五屆中國電池市場年會(huì)暨2016年第一屆動(dòng)力電池應(yīng)用國際峰會(huì)、2016年第二屆中國電池行業(yè)智能制造研討會(huì)”于11月14日在北京拉開帷幕。本次年會(huì)聚集了來自政府主管部門領(lǐng)導(dǎo)、知名科研機(jī)構(gòu)專家、新能源汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈上中下游的企業(yè)家、投資機(jī)構(gòu)代表以及媒體記者等500多人參會(huì)。
在本次會(huì)議上，國家電網(wǎng)河南電力科學(xué)院趙光金博士做了題為《動(dòng)力電池梯次利用與回收處理技術(shù)進(jìn)展》的專題報(bào)告，以下是根據(jù)速記整理的內(nèi)容，未經(jīng)本人審核，僅供參考。
趙光金：很抱歉，本來這個(gè)板塊是明天下午的，首先感謝劉秘書長的厚愛，挪到今天下午，謝謝黃老師。我們把這兩年做的梯次利用回收給各位做一個(gè)簡單的匯報(bào)。
這個(gè)是霧霾，我今天從鄭州來的時(shí)候，鄭州也是霧霾很嚴(yán)重，到北京是優(yōu)，感謝劉秘書長，呼吸點(diǎn)新鮮空氣。有研究，認(rèn)為新能源汽車是解決霧霾的一個(gè)手段或者是一個(gè)技術(shù)的路徑。這個(gè)是國家對于新能源汽車的支持政策，有一些政策支持，電動(dòng)汽車、動(dòng)力電池才得到了發(fā)展。但是由此也引發(fā)了突出的問題，這么多電池怎么處理，大家可以感受到目前來講，實(shí)際上真正新能源汽車投入運(yùn)行也不是很多，但是報(bào)廢的包括生產(chǎn)線上不合格的電池多了。這個(gè)是國家電網(wǎng)做的統(tǒng)計(jì)，我們也做電動(dòng)汽車，也做儲(chǔ)能，今年又成立電動(dòng)汽車公司，專門運(yùn)營充電樁和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。電池的梯次利用和回收處理變得非常急迫。
首先講一下梯次利用，我們做了很多年，電池的性能確實(shí)不是很好，能夠用在哪些地方呢？用到要求不是很高的場合，盡量提高它的這種參與價(jià)值和使用的穩(wěn)定性。國內(nèi)、國外做了很多，我們也做了很多，包括做了基礎(chǔ)測試、功能示范等等，這是我們做的比較好的頂層設(shè)計(jì)，就是從最頂層開始把基礎(chǔ)打好，基礎(chǔ)研究的手段，包括一些應(yīng)用的技術(shù)，包括一些工程示范等等。
上邊這塊是國家電網(wǎng)一直推的換電模式，就是標(biāo)準(zhǔn)箱體、標(biāo)準(zhǔn)電池尺寸統(tǒng)一去維護(hù)。下邊是充電的模式，從這個(gè)角度講，換電一個(gè)好處就是，能夠發(fā)揮到電池最大的使用壽命，這個(gè)是我們做的一個(gè)，剛才講到的充電這種模式，電池單體拆開測試，這個(gè)是能夠通過這個(gè)，30%，剩下的配組的就是10%左右，我們在風(fēng)、光儲(chǔ)能領(lǐng)域做的，已經(jīng)投入運(yùn)行了，他用的是換電的模式。這個(gè)是做的壽命測試，大家可以看到700這里有所謂的跳水陷阱，為什么這些梯次利用電池在篩選、使用或者使用后期會(huì)發(fā)生跳水現(xiàn)象，這個(gè)現(xiàn)象比較普遍，這是我們今年要研究的課題，但是在比較穩(wěn)妥的策略或者使用環(huán)境下，電池的性能和壽命還是可以的。
這個(gè)是做一些安全性測試，也是得到了黃老師的幫助，但是我們一直在做安全性測試，因?yàn)橐淮巍纱握f明不了問題，不是說高性能性電池就安全，或者說絕對安全，我們一直在研究安全性，包括針對廢舊電池安全性的判斷和手段。這是做的特性的分析。
接下來我們?nèi)パ芯客艘垭姵啬懿荒苡茫@是大家關(guān)注的，其次才是能不能用、好不好用的問題。這里面我講到了很多，包括我講到的特性的測試，包括電池核心的要素、特性等等，從我們研究的角度來講，電池梯次利用是可以的，但是確實(shí)是給梯次利用提出來挑戰(zhàn)，因?yàn)樗男阅馨ㄋ陌踩钥赡馨l(fā)生了下降，這個(gè)也是給我們梯次利用提出了挑戰(zhàn)。就是說促使我們?nèi)プ鲆恍?yīng)用技術(shù)研究，來滿足梯次利用要求，第一，怎么去快速的甄選，我們五六年大概分選了十幾萬節(jié)電池，工作量非常大的。今年因?yàn)槲覀冸S著新電池制造水平的提升，我們梯次利用從模組開始，不從單體開始。從這里面怎么去快速分選，一個(gè)就是把不能用的剔除，但是你不能把可以用的誤選了。第二，怎么去重組，我們第一個(gè)示范工程出問題就出在這個(gè)地方，沒有掌握梯次利用重組的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)什么樣的標(biāo)準(zhǔn)，也是研究的重點(diǎn)。第三，均衡，以及由均衡伴隨的管理。這是我們梯次利用要想能夠?qū)崿F(xiàn)需要解決這么幾個(gè)技術(shù)問題。
接下來是常規(guī)的篩選，對于梯次利用，第一個(gè)，工作量特別大。第二個(gè)，如果按這樣篩選的手段或者方法，這個(gè)成本跟新電池比不過。但是我們一開始也在實(shí)驗(yàn)室做了一些研究，用到比較精確的分選測試手段，但是這種手段不適合在工業(yè)或者生產(chǎn)角度去使用，所以引發(fā)我們后來要做一些還是基于比較簡單、少量的參數(shù)，來盡大可能快速準(zhǔn)確的去篩選，我們選擇了幾個(gè)，確定了內(nèi)阻、循環(huán)性能、隔膜降解特性，快速對這些電池進(jìn)行初步的評(píng)判，當(dāng)然隨著電池的全壽命周期數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，現(xiàn)在可能國家部委在做這些事情，有利于更加高效。第三個(gè)，均衡。新電池一致性的問題，尤其使用過程中，退役電池更加是問題。大家可以看到右上角圖，是我們做內(nèi)阻測試離散性還是非常突出的。這個(gè)是我們在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的，我們目前也在反思，這個(gè)均衡的技術(shù)，這個(gè)有什么問題，效率、成本、可靠性目前來講，如果去做市場化的推廣，成本又有點(diǎn)疊加，所以這是我們目前正在進(jìn)一步完善均衡技術(shù)。
這個(gè)是做了主被動(dòng)均衡協(xié)同的，我們做了一些實(shí)驗(yàn)室的測試和驗(yàn)證，從效果來看是很明顯的，但是這個(gè)效果可靠性以及成本方面有問題，但是我們也開發(fā)了樣機(jī)，包括在變電站是很好的實(shí)驗(yàn)場，做了小規(guī)模的驗(yàn)證。
接下來就是我剛才講的第二個(gè)，就是我們圍繞著梯次利用需要開發(fā)的應(yīng)用技術(shù)，接下來就是我們做功能的示范，這個(gè)比較早了，這個(gè)是2012年、2013年開發(fā)的，那個(gè)時(shí)候是最大的，目前來講退役電池的梯次利用，國家電網(wǎng)已經(jīng)做到了1.2兆瓦時(shí)，今年正在開工建設(shè)的是3兆瓦×3小時(shí)，已經(jīng)開工建設(shè)了，也是我們在參與這個(gè)事情。這個(gè)是它的一些運(yùn)行數(shù)據(jù)，整體來講，這個(gè)電池的實(shí)用性還是可以的。
接下來做大規(guī)模儲(chǔ)能，目前的技術(shù)上有點(diǎn)牽強(qiáng)，因?yàn)橐恢滦浴勖鋵?shí)從算賬角度是不劃算的，所以我們把它用在小的領(lǐng)域，比如民用領(lǐng)域，用在電動(dòng)摩托車上，目前來講我們最早現(xiàn)在已經(jīng)用了四五年了，一直在跑，跑的很遠(yuǎn)，而且電池的性能很差，從這個(gè)角度梯次利用這個(gè)方向走是很有經(jīng)濟(jì)性的。第二，變電站，包括目前通訊移動(dòng)基站也可以用這個(gè)，第一，占地小，目前來說建成一個(gè)變電站很難的，如果把里面所有的輸變電設(shè)備建的更加集約的話落地更好。第二，成本。第三，家庭儲(chǔ)能。本來國家電網(wǎng)正在搞配網(wǎng)改造，農(nóng)村或者小城鎮(zhèn)的地方，有的時(shí)候電網(wǎng)改造仍然覆蓋不了，存在一些問題，我們就用家庭儲(chǔ)能彌補(bǔ)農(nóng)村供電可靠性的問題。
這個(gè)是涉及到現(xiàn)在國家要求機(jī)井供電，每口井都有痛點(diǎn)，為什么？糧食安全是決定我們國家的，尤其是中國人口這么多，很重要的底線。但是從市場角度，電網(wǎng)每年拉一條線過去，投資幾十萬、上萬，每年用幾次，是不劃算的。所以我們改變這種灌溉的模式，把電池和水分包括水管都架在這里，甚至計(jì)量的關(guān)口都在這里，所以老板開著這個(gè)車交款，尤其一些交通很不方便的必須用柴油代替，是很有前景的，是我們今年做的事情。
第三，回收處理。講到這里我想反過來說，實(shí)際上目前應(yīng)該是先做回收處理，回收處理做完以后篩選過程中能夠把梯次利用的電池做梯次利用儲(chǔ)能，怎么回收處理的效果。
一開始我們在實(shí)驗(yàn)室拆了很多電池，去尋找或者找感覺怎么去回收，這是實(shí)驗(yàn)室做的，包括我們把各種主要的回收，包括提取里邊的一些化學(xué)的元素。后來我們也嘗試把它做成可以去工業(yè)化應(yīng)用的設(shè)備，我們一開始沒敢直接往那個(gè)去想，一開始把所有的功能設(shè)備實(shí)現(xiàn)了，這是我們第一代的，每一步都隔離了，把電池切割、篩選、分離等等。去年年底我們做了一個(gè)5000多畝/年的生產(chǎn)線，這里解決什么問題呢？解決大規(guī)模電池的高效率問題、快速回收，但是這里面要強(qiáng)調(diào)的就是，我這條生產(chǎn)線除了正負(fù)沒法分開，所有的組份，包括第一步用水氧化的方法，電解液進(jìn)行碳化，收集含氟的元素，用氧化鈣處理，這個(gè)現(xiàn)在還沒有加到里面。第二步，破碎了，到這個(gè)地方分離，包括隔膜，包括銅和鋁分開，最后得到電解液處理了，銅和鋁分開了、隔膜分開了，如果后邊去深加工是另外的工藝了，這里面解決不了這個(gè)問題，但是這里面解決了電池回收工程化應(yīng)用的技術(shù)路徑。這是我們做的驗(yàn)證，效果還是很好的。
接下來就是我們做了這么多年技術(shù)，其實(shí)對于產(chǎn)業(yè)化的思考。因?yàn)槲覀冏龅阶詈螅絹碓桨l(fā)現(xiàn)電池的梯次利用回收處理不純粹是技術(shù)問題，實(shí)際上也是一個(gè)管理問題，或者是一個(gè)制度問題，首先是梯次利用我們的一些認(rèn)識(shí)問題，梯次利用其實(shí)還是兩大塊，安全性和成本。第二個(gè)，電池組怎么去快速的拆解，用人工拆解是不可能的，或者不現(xiàn)實(shí)的，從安全角度上、效果角度上是不現(xiàn)實(shí)的。也就是說怎么去快速的或者盡量人工去少參與的這樣的拆解技術(shù)，我們一直在研究，一開始第一步，我們從模型來看，電池組拆成模塊分幾步，把這幾步弄清楚以后，我們設(shè)計(jì)這個(gè)生產(chǎn)線，一開始這是我們最初打算做一條機(jī)械手，目前來說我們接觸很多廠家都說比較難，說機(jī)器人只能干簡單重復(fù)的問題，對于電池最終拆解來說，尤其廢舊電池組，類型那么多，是比較難的事情。后來我們把汽車拆解和家電拆解的路線結(jié)合了一下，變成一種用自動(dòng)的機(jī)械工具把電池拆開，這個(gè)生產(chǎn)線基本上年底就上了。
關(guān)于梯次利用。很多人就問我說，到底是做上大規(guī)模儲(chǔ)能好，還是說做成移動(dòng)基站這種直流電源甚至說我用這種低速的電動(dòng)車上，到底是怎么去用好，其實(shí)我們這么多年研究，我們給了八個(gè)字，“因才而用，因地制宜”，他能干什么事就干什么事，第一，電池的殘余價(jià)值和電池的一致性，如果電池殘余價(jià)值好、一致性好，就做大規(guī)模儲(chǔ)能，如果電池比較差的，用在低速電動(dòng)車上，反正發(fā)揮他最大的余熱。再一個(gè)，整個(gè)鏈條上，大家都用的是積極參與，積極參與的前提是應(yīng)該保障每個(gè)領(lǐng)域或者每個(gè)壽命周期的絕對安全，不能因?yàn)椴鸾饪煽啃韵陆担@是不可以的。
接下來是回收，回收最早起步于手機(jī)電池以及數(shù)碼電池，因?yàn)槟抢锩婧慕?jīng)濟(jì)價(jià)值比較高，實(shí)際上我們做電池回收最主要的精力放在無害化處理，就是說我們?nèi)龔U應(yīng)該怎么合理的去排放或者合理的去達(dá)標(biāo)，甚至說我少排一點(diǎn)。第二，我在這個(gè)過程中盡量不產(chǎn)生污染，這里其實(shí)將來最大的效率還是解決了環(huán)境污染的問題，這是回收處理方面。
最后給大家快速的談一下我們這幾年的成果，得益于包括黃老師在內(nèi)的業(yè)界同仁的支持，我們還是做了一些工作的。這是一些文章，要強(qiáng)調(diào)一下，這本書，出版社要出版，今年年底我們海外版權(quán)正式輸出。第二個(gè)這是國家或者行業(yè)對我們研究成果的關(guān)注，畢竟實(shí)際上是整個(gè)新能源汽車產(chǎn)業(yè)不可或缺的環(huán)節(jié)，這個(gè)是梯次利用做儲(chǔ)能圍繞的電，希望做這行的踏踏踏實(shí)實(shí)去做。
最后，我們有一個(gè)期望，從能源循環(huán)的角度講，如果去掉中間的能量循環(huán)，希望一直循環(huán)下去，這樣我們的新能源汽車產(chǎn)業(yè)才是可持續(xù)發(fā)展的。謝謝大家！
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