動力電池梯次利用與回收處理技術(shù)進展
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，加大動力及儲能電池的開發(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年會暨2016年第一屆動力電池應(yīng)用國際峰會、2016年第二屆中國電池行業(yè)智能制造研討會”于11月14日在北京拉開帷幕。本次年會聚集了來自政府主管部門領(lǐng)導(dǎo)、知名科研機構(gòu)專家、新能源汽車動力電池產(chǎn)業(yè)鏈上中下游的企業(yè)家、投資機構(gòu)代表以及媒體記者等500多人參會。
在本次會議上，國家電網(wǎng)河南電力科學(xué)院趙光金博士做了題為《動力電池梯次利用與回收處理技術(shù)進展》的專題報告，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簡單的匯報。
這個是霧霾，我今天從鄭州來的時候，鄭州也是霧霾很嚴重，到北京是優(yōu)，感謝劉秘書長，呼吸點新鮮空氣。有研究，認為新能源汽車是解決霧霾的一個手段或者是一個技術(shù)的路徑。這個是國家對于新能源汽車的支持政策，有一些政策支持，電動汽車、動力電池才得到了發(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，實際上真正新能源汽車投入運行也不是很多，但是報廢的包括生產(chǎn)線上不合格的電池多了。這個是國家電網(wǎng)做的統(tǒng)計，我們也做電動汽車，也做儲能，今年又成立電動汽車公司，專門運營充電樁和服務(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，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，就是標準箱體、標準電池尺寸統(tǒng)一去維護。下邊是充電的模式，從這個角度講，換電一個好處就是，能夠發(fā)揮到電池最大的使用壽命，這個是我們做的一個，剛才講到的充電這種模式，電池單體拆開測試，這個是能夠通過這個，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發(fā)生跳水現(xiàn)象，這個現(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，但是確實是給梯次利用提出來挑戰(zhàn)，因為他的性能包括他的安全性可能發(fā)生了下降，這個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。今年因為我們隨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，我們第一個示范工程出問題就出在這個地方，沒有掌握梯次利用重組的標準，實現(xiàn)什么樣的標準，也是研究的重點。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)需要解決這么幾個技術(shù)問題。
接下來是常規(guī)的篩選，對于梯次利用，第一個，工作量特別大。第二個，如果按這樣篩選的手段或者方法，這個成本跟新電池比不過。但是我們一開始也在實驗室做了一些研究，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)，來盡大可能快速準確的去篩選，我們選擇了幾個，確定了內(nèi)阻、循環(huán)性能、隔膜降解特性，快速對這些電池進行初步的評判，當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，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。這個是我們在實驗室開發(fā)的，我們目前也在反思，這個均衡的技術(shù)，這個有什么問題，效率、成本、可靠性目前來講，如果去做市場化的推廣，成本又有點疊加，所以這是我們目前正在進一步完善均衡技術(shù)。
這個是做了主被動均衡協(xié)同的，我們做了一些實驗室的測試和驗證，從效果來看是很明顯的，但是這個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，包括在變電站是很好的實驗場，做了小規(guī)模的驗證。
接下來就是我剛才講的第二個，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，這個比較早了，這個是2012年、2013年開發(fā)的，那個時候是最大的，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，今年正在開工建設(shè)的是3兆瓦×3小時，已經(jīng)開工建設(shè)了，也是我們在參與這個事情。這個是它的一些運行數(shù)據(jù)，整體來講，這個電池的實用性還是可以的。
接下來做大規(guī)模儲能，目前的技術(shù)上有點牽強，因為一致性、壽命，其實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，而且電池的性能很差，從這個角度梯次利用這個方向走是很有經(jīng)濟性的。第二，變電站，包括目前通訊移動基站也可以用這個，第一，占地小，目前來說建成一個變電站很難的，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，我們就用家庭儲能彌補農(nóng)村供電可靠性的問題。
這個是涉及到現(xiàn)在國家要求機井供電，每口井都有痛點，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，甚至計量的關(guān)口都在這里，所以老板開著這個車交款，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能，怎么回收處理的效果。
一開始我們在實驗室拆了很多電池，去尋找或者找感覺怎么去回收，這是實驗室做的，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去想，一開始把所有的功能設(shè)備實現(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，但是這里面要強調(diào)的就是，我這條生產(chǎn)線除了正負沒法分開，所有的組份，包括第一步用水氧化的方法，電解液進行碳化，收集含氟的元素，用氧化鈣處理，這個現(xiàn)在還沒有加到里面。第二步，破碎了，到這個地方分離，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)，其實對于產(chǎn)業(yè)化的思考。因為我們做到最后，越來越發(fā)現(xiàn)電池的梯次利用回收處理不純粹是技術(shù)問題，實際上也是一個管理問題，或者是一個制度問題，首先是梯次利用我們的一些認識問題，梯次利用其實還是兩大塊，安全性和成本。第二個，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)實的，從安全角度上、效果角度上是不現(xiàn)實的。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)計這個生產(chǎn)線，一開始這是我們最初打算做一條機械手，目前來說我們接觸很多廠家都說比較難，說機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，變成一種用自動的機械工具把電池拆開，這個生產(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)模儲能好，還是說做成移動基站這種直流電源甚至說我用這種低速的電動車上，到底是怎么去用好，其實我們這么多年研究，我們給了八個字，“因才而用，因地制宜”，他能干什么事就干什么事，第一，電池的殘余價值和電池的一致性，如果電池殘余價值好、一致性好，就做大規(guī)模儲能，如果電池比較差的，用在低速電動車上，反正發(fā)揮他最大的余熱。再一個，整個鏈條上，大家都用的是積極參與，積極參與的前提是應(yīng)該保障每個領(lǐng)域或者每個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。
接下來是回收，回收最早起步于手機電池以及數(shù)碼電池，因為那里面含的經(jīng)濟價值比較高，實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標，甚至說我少排一點。第二，我在這個過程中盡量不產(chǎn)生污染，這里其實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。第二個這是國家或者行業(yè)對我們研究成果的關(guān)注，畢竟實際上是整個新能源汽車產(chǎn)業(yè)不可或缺的環(huán)節(jié)，這個是梯次利用做儲能圍繞的電，希望做這行的踏踏踏實實去做。
最后，我們有一個期望，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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