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(guān)分析2016年動(dòng)力電池行業(yè)運行情況，正確把握行業(yè)發(fā)展趨勢，加大動(dòng)力及儲能電池的開(kāi)發(fā)應用，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(chǎng)年會(huì )暨2016年第一屆動(dòng)力電池應用國際峰會(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(kāi)帷幕。本次年會(huì )聚集了來(lái)自政府主管部門(mén)領(lǐng)導、知名科研機構專(zhuān)家、新能源汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈上中下游的企業(yè)家、投資機構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(zhuān)題報告，以下是根據速記整理的內容，未經(jīng)本人審核，僅供參考。
趙光金：很抱歉，本來(lái)這個(gè)板塊是明天下午的，首先感謝劉秘書(shū)長(cháng)的厚愛(ài)，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(jiǎn)單的匯報。
這個(gè)是霧霾，我今天從鄭州來(lái)的時(shí)候，鄭州也是霧霾很?chē)乐?，到北京是?yōu)，感謝劉秘書(shū)長(cháng)，呼吸點(diǎn)新鮮空氣。有研究，認為新能源汽車(chē)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(chē)的支持政策，有一些政策支持，電動(dòng)汽車(chē)、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(wèn)題，這么多電池怎么處理，大家可以感受到目前來(lái)講，實(shí)際上真正新能源汽車(chē)投入運行也不是很多，但是報廢的包括生產(chǎn)線(xiàn)上不合格的電池多了。這個(gè)是國家電網(wǎng)做的統計，我們也做電動(dòng)汽車(chē)，也做儲能，今年又成立電動(dòng)汽車(chē)公司，專(zhuān)門(mén)運營(yíng)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(chǎng)合，盡量提高它的這種參與價(jià)值和使用的穩定性。國內、國外做了很多，我們也做了很多，包括做了基礎測試、功能示范等等，這是我們做的比較好的頂層設計，就是從最頂層開(kāi)始把基礎打好，基礎研究的手段，包括一些應用的技術(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，就是標準箱體、標準電池尺寸統一去維護。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(kāi)測試，這個(gè)是能夠通過(guò)這個(gè)，30%，剩下的配組的就是10%左右，我們在風(fēng)、光儲能領(lǐng)域做的，已經(jīng)投入運行了，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)生跳水現象，這個(gè)現象比較普遍，這是我們今年要研究的課題，但是在比較穩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，因為一次、兩次說(shuō)明不了問(wèn)題，不是說(shuō)高性能性電池就安全，或者說(shuō)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(lái)我們去研究退役電池能不能用，這是大家關(guān)注的，其次才是能不能用、好不好用的問(wèn)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(lái)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(lái)挑戰，因為他的性能包括他的安全性可能發(fā)生了下降，這個(gè)也是給我們梯次利用提出了挑戰。就是說(shuō)促使我們去做一些應用技術(shù)研究，來(lái)滿(mǎn)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(wàn)節電池，工作量非常大的。今年因為我們隨著(zhù)新電池制造水平的提升，我們梯次利用從模組開(kāi)始，不從單體開(kāi)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(wèn)題就出在這個(gè)地方，沒(méi)有掌握梯次利用重組的標準，實(shí)現什么樣的標準，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實(shí)現需要解決這么幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題。
接下來(lái)是常規的篩選，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(guò)。但是我們一開(kāi)始也在實(shí)驗室做了一些研究，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(lái)要做一些還是基于比較簡(jiǎn)單、少量的參數，來(lái)盡大可能快速準確的去篩選，我們選擇了幾個(gè)，確定了內阻、循環(huán)性能、隔膜降解特性，快速對這些電池進(jìn)行初步的評判，當然隨著(zhù)電池的全壽命周期數據的統一管理，現在可能?chē)也课谧鲞@些事情，有利于更加高效。第三個(gè)，均衡。新電池一致性的問(wèn)題，尤其使用過(guò)程中，退役電池更加是問(wèn)題。大家可以看到右上角圖，是我們做內阻測試離散性還是非常突出的。這個(gè)是我們在實(shí)驗室開(kāi)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(wèn)題，效率、成本、可靠性目前來(lái)講，如果去做市場(chǎng)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)驗室的測試和驗證，從效果來(lái)看是很明顯的，但是這個(gè)效果可靠性以及成本方面有問(wèn)題，但是我們也開(kāi)發(fā)了樣機，包括在變電站是很好的實(shí)驗場(chǎng)，做了小規模的驗證。
接下來(lái)就是我剛才講的第二個(gè)，就是我們圍繞著(zhù)梯次利用需要開(kāi)發(fā)的應用技術(shù)，接下來(lái)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(kāi)發(fā)的，那個(gè)時(shí)候是最大的，目前來(lái)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(kāi)工建設的是3兆瓦×3小時(shí)，已經(jīng)開(kāi)工建設了，也是我們在參與這個(gè)事情。這個(gè)是它的一些運行數據，整體來(lái)講，這個(gè)電池的實(shí)用性還是可以的。
接下來(lái)做大規模儲能，目前的技術(shù)上有點(diǎn)牽強，因為一致性、壽命，其實(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(chē)上，目前來(lái)講我們最早現在已經(jīng)用了四五年了，一直在跑，跑的很遠，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(lái)說(shuō)建成一個(gè)變電站很難的，如果把里面所有的輸變電設備建的更加集約的話(huà)落地更好。第二，成本。第三，家庭儲能。本來(lái)國家電網(wǎng)正在搞配網(wǎng)改造，農村或者小城鎮的地方，有的時(shí)候電網(wǎng)改造仍然覆蓋不了，存在一些問(wèn)題，我們就用家庭儲能彌補農村供電可靠性的問(wèn)題。
這個(gè)是涉及到現在國家要求機井供電，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(xiàn)。但是從市場(chǎng)角度，電網(wǎng)每年拉一條線(xiàn)過(guò)去，投資幾十萬(wàn)、上萬(wàn)，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，甚至計量的關(guān)口都在這里，所以老板開(kāi)著(zhù)這個(gè)車(chē)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(guò)來(lái)說(shuō)，實(shí)際上目前應該是先做回收處理，回收處理做完以后篩選過(guò)程中能夠把梯次利用的電池做梯次利用儲能，怎么回收處理的效果。
一開(kāi)始我們在實(shí)驗室拆了很多電池，去尋找或者找感覺(jué)怎么去回收，這是實(shí)驗室做的，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(lái)我們也嘗試把它做成可以去工業(yè)化應用的設備，我們一開(kāi)始沒(méi)敢直接往那個(gè)去想，一開(kāi)始把所有的功能設備實(shí)現了，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(xiàn)，這里解決什么問(wèn)題呢？解決大規模電池的高效率問(wèn)題、快速回收，但是這里面要強調的就是，我這條生產(chǎn)線(xiàn)除了正負沒(méi)法分開(kāi)，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)現在還沒(méi)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(kāi)，最后得到電解液處理了，銅和鋁分開(kāi)了、隔膜分開(kāi)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(wèn)題，但是這里面解決了電池回收工程化應用的技術(shù)路徑。這是我們做的驗證，效果還是很好的。
接下來(lái)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。因為我們做到最后，越來(lái)越發(fā)現電池的梯次利用回收處理不純粹是技術(shù)問(wèn)題，實(shí)際上也是一個(gè)管理問(wèn)題，或者是一個(gè)制度問(wèn)題，首先是梯次利用我們的一些認識問(wèn)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，或者不現實(shí)的，從安全角度上、效果角度上是不現實(shí)的。也就是說(shuō)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(kāi)始第一步，我們從模型來(lái)看，電池組拆成模塊分幾步，把這幾步弄清楚以后，我們設計這個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)，一開(kāi)始這是我們最初打算做一條機械手，目前來(lái)說(shuō)我們接觸很多廠(chǎng)家都說(shuō)比較難，說(shuō)機器人只能干簡(jiǎn)單重復的問(wèn)題，對于電池最終拆解來(lái)說(shuō)，尤其廢舊電池組，類(lèi)型那么多，是比較難的事情。后來(lái)我們把汽車(chē)拆解和家電拆解的路線(xiàn)結合了一下，變成一種用自動(dòng)的機械工具把電池拆開(kāi)，這個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)基本上年底就上了。
關(guān)于梯次利用。很多人就問(wèn)我說(shuō)，到底是做上大規模儲能好，還是說(shuō)做成移動(dòng)基站這種直流電源甚至說(shuō)我用這種低速的電動(dòng)車(chē)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，就做大規模儲能，如果電池比較差的，用在低速電動(dòng)車(chē)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，不能因為拆解可靠性下降，這是不可以的。
接下來(lái)是回收，回收最早起步于手機電池以及數碼電池，因為那里面含的經(jīng)濟價(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(wú)害化處理，就是說(shuō)我們三廢應該怎么合理的去排放或者合理的去達標，甚至說(shuō)我少排一點(diǎn)。第二，我在這個(gè)過(guò)程中盡量不產(chǎn)生污染，這里其實(shí)將來(lái)最大的效率還是解決了環(huán)境污染的問(wèn)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，要強調一下，這本書(shū)，出版社要出版，今年年底我們海外版權正式輸出。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(chē)產(chǎn)業(yè)不可或缺的環(huán)節，這個(gè)是梯次利用做儲能?chē)@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(chē)產(chǎn)業(yè)才是可持續發(fā)展的。謝謝大家！
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