电池二次利用走向可持续大循环周期的潜力和挑战（第二篇）

一、二次利用风险

电动汽车的当前电池信息，如年份、容量和制造商，通常是相互关联和不完整的。再加上电池内部的电化学变化，SLB在包括安全和环境在内的一些领域存在很大的风险，这表明短期内梯次利用仍然是一个不成熟的方案。

1.1 安全风险

电池安全是电池重复使用的绝对条件，主要由电化学系统的稳定性决定。安全事故通常伴随着持续的热量和气体生成，这是由电池内部扰动引起的，包括过度的副反应，如锂电镀。在充电过程中，金属锂沉积在电池的石墨阳极周围，即镀锂，可能导致热失控。此外，适当的C速率和温度操作环境对控制锂镀层是有效的。因此，现有的外部实用策略，如最佳热管理系统、电池级的高效平衡系统和适当的充电/放电策略，有助于电池重复使用的安全管理。

然而，目前，对SLB的安全特性和管理仍缺乏清晰的认识，缺乏成熟规范的安全评估方法。目前还没有有效的筛查和检查措施，这是梯次利用产业链中最大的痛点。电池内部的微小变化很难详细检查。如果一个接一个地拆卸和检查电池，这是非常困难和昂贵的。同时，整个包的使用方式还不成熟，不能保证不存在安全风险。此外，考虑到更快的降解速度和拆卸、检查、重新利用和维护的成本，梯次利用可能比新电池没有明显的经济优势。

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1.2 环境风险

环境污染也是一个潜在的风险因素。由于缺乏健全的可追溯系统和有效的监管机制，以眼前利益为目标的锂离子电池制造商不会主动回收他们销售的电池。在此背景下，梯次利用可能带来灾难性的环境污染。RB的主流是金属材料，如铝、铜、镍、钢、锂、锰和钴，约占总质量的50%。

高价值材料回收和其他材料安全处理以促进资源的可持续发展也是电池再利用的一个重要问题。同时，电池的重复使用可能会导致电池材料回收的质量问题。质量问题的可能性会增加对电池所需金属资源的需求，这与重复使用电池以实现材料可持续发展的初衷背道而驰。

电池重复使用可能会产生一些负面影响，包括非生物损耗潜力、人类毒性癌症和非癌症效应以及淡水富营养化潜力。负面环境影响主要是由于光伏发电厂产生的部分电力用于电动汽车电池的生产和回收。可能有必要提高电池的资源效率、化学毒性控制和生产。

二、二次利用场合

新能源汽车退役的动力电池二次利用通常是指将不再适用于车辆驱动的电池通过检测、分类、重组等方式，在满足安全性和性能要求的前提下，应用到其他领域。以下是新能源电池二次利用的一些典型场合：

储能系统：
- 电力调峰调频服务：用于电网侧或用户侧储能，帮助平衡电力供需，提升电网稳定性。
- 分布式储能电站：在商业建筑、居民小区等场所构建储能设施，配合光伏发电系统，实现削峰填谷和备用电源功能。
微电网和离网供电：
- 在偏远地区或者无稳定电网接入的地方，退役电池可以用作小型独立电网的储能单元。
电动自行车、低速电动车：
- 动力电池可以应用于电动两轮车、三轮车甚至低速四轮电动车，提供更经济实惠的动力源。
工业设备和机器人：
- 用作工厂自动化设备、叉车、AGV小车等内部物流工具的备用电源或主动力。
基站备电：
- 在通信行业中，作为移动通信基站的备用电源，以保证通信网络的稳定运行。
太阳能路灯和交通信号灯：
- 应用于户外照明系统，提供稳定且相对较低功率需求的供电。
家庭和商业储能：
- 结合家用太阳能光伏系统，储存多余电量供夜间或其他时段使用。
应急电源：
- 作为医院、数据中心和其他重要设施的应急电源系统的一部分。

确实，随着新能源汽车产业的快速发展，动力电池的二次利用已成为一个新兴的商业模式和市场机遇。它不仅能够解决退役电池可能带来的环境问题，还能够创造新的产业链条，降低储能系统的成本，推动能源结构转型和社会可持续发展。政策支持和技术进步都在不断推动这个市场的扩大和发展，成为一种新的经济增长点。

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三、二次利用展望

首先，需要更好的风险管理，以确保SLB的安全使用。此外，SLB目前的缺点主要集中在寿命较短和老化机制的改变，导致第二寿命加速退化。第二阶段的衰老预测比第一阶段更具挑战性。此外，有必要制定更有效的平衡管理策略，以避免不一致性对电池寿命和性能的负面影响。除了确定场景的适用性，还有一个问题是如何创建一个有效的业务计划以供梯队使用。具体而言，SLB的未来发展趋势可从以下三个方面进行预测，包括商业模式、成本和标准以及管理技术。

3.1 商业模式的创新

尽管在电池再利用的一些应用中，如能源套利、充电站和低速电动汽车，已经取得了一些成功的探索，但商业模式仍不成熟。同时，由于不一致等一些技术问题有待解决，短期内SLB的应用将以轻商业化和住宅需求管理为主。从长远来看，随着技术的成熟和规模的增加，它将逐步扩展到更大规模的应用，如可再生能源稳定和区域监管，但避免在某些场景中应用，类似于输电支持。大力推进电池再利用商业模式创新迫在眉睫。除了支持电池的梯次利用，在备用电源、储能、低速电源等领域实现规模化、商业化应用外，还应拓展应用场景，如智慧城市、物联网等领域。同时，可以开发基于电池交换的模型来支持模型创新，如车辆和电池的分离、租赁和电池外包。电池更换的优点是可以根据用户需求实现快速能量补充、电池升级、电池健康检测、电池组快速回收、灵活更换电池。通过这种方式，可以更好地实现电池报废和重复使用的管理。

3.2 成本和标准进步

SLB的总量还不足以实现预期的规模经济。无论市场供求如何变化，降低成本都是实现梯次利用价值的前提。只有在较低成本下具有足够性能的SLB才能保证在某些应用中获得良好的经济效益和平稳的产业链。降低成本不仅需要有竞争力的采购成本，还需要低维护成本。这对梯次利用的整个产业链提出了很高的要求。与新电池相比，在拆卸、测试、分组和电池管理中对工艺和材料成本的有效控制是打造成本优势的重要因素。电池和车辆制造商应在研发和设计阶段主动统一标准，以实现SLB的竞争力。电池组结构设计和组装过程的通用化也可以促进低成本的自动化拆卸、分拣、检查和重组，以实现梯次利用。

3.3 关键技术的发展

可以基于电动汽车的大量历史数据创建电池数据库，以直接映射电池的动态老化。因此，从电动汽车退役后，可以根据电池的特性直接将其分为不同的类别，而无需进行筛选和测试。此外，每种类型的电池都适用于特定的应用。主动平衡策略可以广泛应用于提高平衡效率和有效抑制参数不一致的传播。此外，SLB可以与其他储能设备（如新电池或超级电容器）结合使用，以减少高需求时电池的使用，减少DOD，并延长使用寿命。

新能源电池二次利用的技术难点主要包括以下几个方面：

健康状态评估与分级：
- 针对退役电池进行准确的状态评估是一项挑战，包括电池容量、内阻、循环寿命以及潜在的安全风险等因素，这需要精准的检测技术和算法模型。
拆解与重组技术：
- 电池包的拆解过程中需确保安全并高效地分离出单体电池，同时避免电解液泄露等环境污染风险。重组过程中则需要根据电池单体的不同状况合理配组，达到二次利用产品的性能要求。
均衡性管理：
- 二次利用的电池组往往由多个单体组成，由于每个单体的老化程度不同，维持整个电池组的充放电均衡性是一个技术难题。
安全管理：
- 退役电池可能存在潜在的安全隐患，如热失控风险增加，需要有效的安全防控技术和管理系统，以防止在二次利用过程中发生安全事故。
寿命预测：
- 准确预测经过一次生命周期后的电池在二次利用场景下的剩余使用寿命，对于确定应用场景和经济效益至关重要。
标准化与规范化：
- 缺乏统一的退役电池检测标准、分类标准、重组技术标准以及相关认证体系，这给二次利用带来了难度。
经济效益分析：
- 如何在投入回收、检测、拆解、重组和维护的成本与二次利用产品带来的收益之间找到经济平衡点，是商业化推广的一大难点。
环保处理：
- 即使电池进入二次利用阶段，最终也存在彻底报废的问题，因此，如何高效回收其中的贵重金属和有害物质，并进行无害化处理，同样是技术难题之一。