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國內(nèi)動力電池回收利用擺上議事日程，看豐田怎么做
經(jīng)過近10年的推廣應(yīng)用，國內(nèi)新能源汽車保有量達(dá)到了一定的規(guī)模，第一批車上的動力電池即將步入壽命末期，對這一批電池以及后續(xù)動力電池的回收利用已經(jīng)擺上了議事日程，而且可謂刻不容緩。
中國從2009年開始推廣新能源汽車，截至2017年底累計推廣近180萬輛。推廣分三步走，目前已完成前兩個階段：2009-2012年為第一階段，推廣量為2.7萬輛；2013-2015年為第二階段，推廣量為42.3萬輛。2016-2020年為第三階段，按照規(guī)劃，2020年底要實(shí)現(xiàn)累計推廣新能源汽車500萬輛。新能源汽車在中國的可持續(xù)長期發(fā)展，有賴于對動力電池這個關(guān)鍵單元全生命周期的妥善處理。
工信部聯(lián)合科技部、環(huán)保部等七部委發(fā)布了《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》。日前，又印發(fā)了《新能源汽車動力蓄電池回收利用試點(diǎn)實(shí)施方案》，在京津冀、長三角、珠三角、中部區(qū)域等選擇部分地區(qū)開展試點(diǎn)工作，試點(diǎn)內(nèi)容包括：
構(gòu)建回收利用體系：怎么收回來最合適
探索多樣化商業(yè)模式：怎么補(bǔ)償消費(fèi)者和各個環(huán)節(jié)
推動先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用：怎么處理更高效，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用
建立完善政策激勵機(jī)制等：怎么在各個層面實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益
相關(guān)的國家目標(biāo)是到2020年，建立完善動力蓄電池回收利用體系，探索形成動力蓄電池回收利用創(chuàng)新商業(yè)合作模式。建設(shè)若干再生利用示范生產(chǎn)線，建設(shè)一批退役動力蓄電池高效回收、高值利用的先進(jìn)示范項(xiàng)目，培育一批動力蓄電池回收利用標(biāo)桿企業(yè)，研發(fā)推廣一批動力蓄電池回收利用關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)布一批動力蓄電池回收利用相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研究提出促進(jìn)動力蓄電池回收利用的政策措施。
細(xì)思其中，有這樣幾個核心問題：
汽車企業(yè)的回收量基數(shù)如果不大，就存在回收網(wǎng)絡(luò)效率和回收量處理能力問題
電池的產(chǎn)權(quán)為私人或者購買者所有，如何推動回收率是個大問題
按照目前這個分散的體系，每個車企的電動汽車保有量并不大，回收量因此也不大，要這些車企都對動力電池的全生命周期進(jìn)行管理，投入產(chǎn)出比不劃算。
動力電池的回收利用在國內(nèi)還是新事物，在建立完善相關(guān)體系的過程中，國外的經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)發(fā)可借鑒之處。我們以在動力電池回收領(lǐng)域已經(jīng)建立了一套完整完善的模式的豐田為例。
豐田在混合動力汽車領(lǐng)域耕耘已久，雖然與電動汽車的電池相比，HEV的電池比較小（1 Kwh），但是豐田HEV在全球的累計銷量和保有量相當(dāng)大，豐田的鎳氫電池回收和處理策略值得作為借鑒基準(zhǔn)。目前豐田混合動力汽車的年銷量大約在150萬輛左右，其中美國的銷售區(qū)間為25~30萬輛、歐洲為30~40萬輛，日本本土穩(wěn)定在65萬輛。累計銷量方面，豐田HEV在2007年突破了100萬輛，2010年超過了1000萬輛。
圖2 豐田全球年銷量走勢（單位：千輛）
相應(yīng)地，豐田HEV的電池也經(jīng)歷了梯次報廢的階段，相應(yīng)地，豐田在電池的回收利用方面做了很好的應(yīng)對，相關(guān)工作的時間軸如下：
1998年，累計銷量達(dá)到1.86萬輛，啟動廢舊鎳氫電池回收計劃
2009年，累計銷量達(dá)到225.7萬輛，在全球范圍內(nèi)銷售混合動力車輛的國家建立回收指導(dǎo)
2010年，延長電池回收協(xié)議，在有條件的地區(qū)確保100%回收
2012年，進(jìn)行電機(jī)稀土材料的回收
2013年，嘗試鎳氫電池梯次利用
圖3 豐田混合動力汽車全球累計銷量（單位：千輛）
如下圖所示，豐田在不同地區(qū)執(zhí)行的政策并不相同，回收都是從銷量較大、實(shí)施較易的地區(qū)開始，先回收，實(shí)現(xiàn)有效儲存，然后達(dá)到一定量之后再進(jìn)行處理利用。
圖4 豐田的電池處理路徑
總結(jié)一下，豐田的整個電池回收利用從以下流程展開：
1、建立回收網(wǎng)絡(luò)
日本本土是豐田最大的廢舊電池處理中心，對回收電池進(jìn)行集中處理。豐田電池回收網(wǎng)絡(luò)的發(fā)力點(diǎn)是在經(jīng)銷商網(wǎng)絡(luò)。
首先發(fā)布每輛混動車輛的應(yīng)急處理策略
通過零售網(wǎng)絡(luò)對廢舊電池進(jìn)行回收
通過“以舊換新”方式從經(jīng)銷商處回收舊電池
這里需要說明一點(diǎn)，由于混合動力技術(shù)的演進(jìn)，使得其電池系統(tǒng)的重量和安全性得到一定的保證，在經(jīng)銷商那里堆廢舊電池問題不大。如果是大的鋰電系統(tǒng)，并且還是廢舊的替換產(chǎn)品，那么勢必大幅增加相關(guān)存儲的難度和成本，不同性質(zhì)的鋰電放置在一起對于消防、存儲和運(yùn)輸都有很大的差異性。所以這一點(diǎn)，對于純電動汽車的鋰電池而言，不具備可借鑒性。
圖5 豐田的電池回收處理流程
2.對回收電池進(jìn)行評估
回收以后需要對電池進(jìn)行評估：
對達(dá)到使用壽命需要退役的電池，通過豐田電池回收中心來進(jìn)行退役電池的統(tǒng)一收集，建立了完善的電池收集網(wǎng)絡(luò)。對收集到的退役電池，通過對電池特性的診斷，分為三類進(jìn)行處理：
1） 進(jìn)入維修體系：對電池進(jìn)行充放電試驗(yàn)和相關(guān)信息的讀取，如電池整體狀況良好，只是個別單體到達(dá)使用壽命，則對這些單體更換后重新組裝電池包，可以作為置換電池重新應(yīng)用于普銳斯汽車上。
2）梯次利用：通過檢測，如果回收電池還剩余規(guī)定容量，則可以進(jìn)行梯次利用，應(yīng)用于分布式儲能電池系統(tǒng)，用來平抑、穩(wěn)定風(fēng)能、太陽能等間歇式可再生能量發(fā)電的輸出功率；或者應(yīng)用于微電網(wǎng)，實(shí)施削峰填谷，減輕用電負(fù)荷供需矛盾。
3）拆解：對于完全喪失再利用價值的電池，則對電池進(jìn)行拆解和化學(xué)處理，完全回收鎳、鈷等金屬，用于生產(chǎn)新的電池，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。
圖6 檢測到底做了哪些實(shí)驗(yàn)，還是采用歷史數(shù)據(jù)來分析，需要評估費(fèi)用
3.電池的拆解處理
2011年，豐田在日本與住友金屬合作，實(shí)現(xiàn)鎳的多次利用，能夠回收電池組中50%的鎳。豐田化學(xué)工程和住友金屬礦山為此配置了每年可回收相當(dāng)于1萬輛混合動力車電池用量的專用生產(chǎn)線。
2012年，本田與日本重化學(xué)工業(yè)公司合作配置了類似的生產(chǎn)線，這條生產(chǎn)線可以回收超過80%的稀土金屬，用于制造新鎳氫電池。
在歐洲，豐田同時保持著與SNAM公司（法國）、優(yōu)美科（Umicore）集團(tuán)（比利時）的合作關(guān)系，由后兩者分別對鎳氫電池和鋰電池進(jìn)行回收。這個涉及到一定的量能和使用率，在電池系統(tǒng)到模組再到電芯的拆解過程中，很多的工作需要去完善。
圖7 拆解同一規(guī)格和不同規(guī)格電池的處理方式有差異
下面是細(xì)節(jié)的處理方法，后續(xù)研報再來詳細(xì)介紹。
圖8 豐田的電池再處理循環(huán)體系
4、梯次利用
鎳氫電池回收后的梯次利用豐田也做了一些嘗試。
2015年，豐田將凱美瑞混合動力車的廢舊電池用于黃石國家公園設(shè)施儲能供電，重新設(shè)計了儲能電池管理系統(tǒng)，208個凱美瑞電池可存儲85KWh電能，將電池的使用壽命延長了兩倍。
圖9 整包做梯次，在小電池系統(tǒng)上，HEV/PHEV是必然的
反觀國內(nèi)新能源汽車動力電池的回收利用，一方面，國內(nèi)車企和車型太多了，簡單的把回收的責(zé)任全部交給一家家車企來完成，恐怕不太現(xiàn)實(shí)，相關(guān)的信息跟蹤會產(chǎn)生非常多的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)的有效把控頗有挑戰(zhàn)性；另一方面，大的鋰電池系統(tǒng)，接近壽命結(jié)束周期后有很多的狀態(tài)，如果沒有數(shù)據(jù)支持，出現(xiàn)漏液和鋰晶枝內(nèi)部生成，與鎳氫電池的容量和危險性不同，不容易就地儲存，如果把責(zé)任分擔(dān)給各自的網(wǎng)絡(luò)、各自處理，一是沒效率，二是會產(chǎn)生新的混亂
圖10信息跟蹤在電池回收中能起到多大的作用？值得思考
經(jīng)過近10年的推廣應(yīng)用，國內(nèi)新能源汽車保有量達(dá)到了一定的規(guī)模，第一批車上的動力電池即將步入壽命末期，對這一批電池以及后續(xù)動力電池的回收利用已經(jīng)擺上了議事日程，而且可謂刻不容緩。
中國從2009年開始推廣新能源汽車，截至2017年底累計推廣近180萬輛。推廣分三步走，目前已完成前兩個階段：2009-2012年為第一階段，推廣量為2.7萬輛；2013-2015年為第二階段，推廣量為42.3萬輛。2016-2020年為第三階段，按照規(guī)劃，2020年底要實(shí)現(xiàn)累計推廣新能源汽車500萬輛。新能源汽車在中國的可持續(xù)長期發(fā)展，有賴于對動力電池這個關(guān)鍵單元全生命周期的妥善處理。
工信部聯(lián)合科技部、環(huán)保部等七部委發(fā)布了《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》。日前，又印發(fā)了《新能源汽車動力蓄電池回收利用試點(diǎn)實(shí)施方案》，在京津冀、長三角、珠三角、中部區(qū)域等選擇部分地區(qū)開展試點(diǎn)工作，試點(diǎn)內(nèi)容包括：
構(gòu)建回收利用體系：怎么收回來最合適
探索多樣化商業(yè)模式：怎么補(bǔ)償消費(fèi)者和各個環(huán)節(jié)
推動先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用：怎么處理更高效，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用
建立完善政策激勵機(jī)制等：怎么在各個層面實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益
相關(guān)的國家目標(biāo)是到2020年，建立完善動力蓄電池回收利用體系，探索形成動力蓄電池回收利用創(chuàng)新商業(yè)合作模式。建設(shè)若干再生利用示范生產(chǎn)線，建設(shè)一批退役動力蓄電池高效回收、高值利用的先進(jìn)示范項(xiàng)目，培育一批動力蓄電池回收利用標(biāo)桿企業(yè)，研發(fā)推廣一批動力蓄電池回收利用關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)布一批動力蓄電池回收利用相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研究提出促進(jìn)動力蓄電池回收利用的政策措施。
細(xì)思其中，有這樣幾個核心問題：
汽車企業(yè)的回收量基數(shù)如果不大，就存在回收網(wǎng)絡(luò)效率和回收量處理能力問題
電池的產(chǎn)權(quán)為私人或者購買者所有，如何推動回收率是個大問題
按照目前這個分散的體系，每個車企的電動汽車保有量并不大，回收量因此也不大，要這些車企都對動力電池的全生命周期進(jìn)行管理，投入產(chǎn)出比不劃算。
動力電池的回收利用在國內(nèi)還是新事物，在建立完善相關(guān)體系的過程中，國外的經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)發(fā)可借鑒之處。我們以在動力電池回收領(lǐng)域已經(jīng)建立了一套完整完善的模式的豐田為例。
豐田在混合動力汽車領(lǐng)域耕耘已久，雖然與電動汽車的電池相比，HEV的電池比較小（1 Kwh），但是豐田HEV在全球的累計銷量和保有量相當(dāng)大，豐田的鎳氫電池回收和處理策略值得作為借鑒基準(zhǔn)。目前豐田混合動力汽車的年銷量大約在150萬輛左右，其中美國的銷售區(qū)間為25~30萬輛、歐洲為30~40萬輛，日本本土穩(wěn)定在65萬輛。累計銷量方面，豐田HEV在2007年突破了100萬輛，2010年超過了1000萬輛。
圖2 豐田全球年銷量走勢（單位：千輛）
相應(yīng)地，豐田HEV的電池也經(jīng)歷了梯次報廢的階段，相應(yīng)地，豐田在電池的回收利用方面做了很好的應(yīng)對，相關(guān)工作的時間軸如下：
1998年，累計銷量達(dá)到1.86萬輛，啟動廢舊鎳氫電池回收計劃
2009年，累計銷量達(dá)到225.7萬輛，在全球范圍內(nèi)銷售混合動力車輛的國家建立回收指導(dǎo)
2010年，延長電池回收協(xié)議，在有條件的地區(qū)確保100%回收
2012年，進(jìn)行電機(jī)稀土材料的回收
2013年，嘗試鎳氫電池梯次利用
圖3 豐田混合動力汽車全球累計銷量（單位：千輛）
如下圖所示，豐田在不同地區(qū)執(zhí)行的政策并不相同，回收都是從銷量較大、實(shí)施較易的地區(qū)開始，先回收，實(shí)現(xiàn)有效儲存，然后達(dá)到一定量之后再進(jìn)行處理利用。
圖4 豐田的電池處理路徑
總結(jié)一下，豐田的整個電池回收利用從以下流程展開：
1、建立回收網(wǎng)絡(luò)
日本本土是豐田最大的廢舊電池處理中心，對回收電池進(jìn)行集中處理。豐田電池回收網(wǎng)絡(luò)的發(fā)力點(diǎn)是在經(jīng)銷商網(wǎng)絡(luò)。
首先發(fā)布每輛混動車輛的應(yīng)急處理策略
通過零售網(wǎng)絡(luò)對廢舊電池進(jìn)行回收
通過“以舊換新”方式從經(jīng)銷商處回收舊電池
這里需要說明一點(diǎn)，由于混合動力技術(shù)的演進(jìn)，使得其電池系統(tǒng)的重量和安全性得到一定的保證，在經(jīng)銷商那里堆廢舊電池問題不大。如果是大的鋰電系統(tǒng)，并且還是廢舊的替換產(chǎn)品，那么勢必大幅增加相關(guān)存儲的難度和成本，不同性質(zhì)的鋰電放置在一起對于消防、存儲和運(yùn)輸都有很大的差異性。所以這一點(diǎn)，對于純電動汽車的鋰電池而言，不具備可借鑒性。
圖5 豐田的電池回收處理流程
2.對回收電池進(jìn)行評估
回收以后需要對電池進(jìn)行評估：
對達(dá)到使用壽命需要退役的電池，通過豐田電池回收中心來進(jìn)行退役電池的統(tǒng)一收集，建立了完善的電池收集網(wǎng)絡(luò)。對收集到的退役電池，通過對電池特性的診斷，分為三類進(jìn)行處理：
1） 進(jìn)入維修體系：對電池進(jìn)行充放電試驗(yàn)和相關(guān)信息的讀取，如電池整體狀況良好，只是個別單體到達(dá)使用壽命，則對這些單體更換后重新組裝電池包，可以作為置換電池重新應(yīng)用于普銳斯汽車上。
2）梯次利用：通過檢測，如果回收電池還剩余規(guī)定容量，則可以進(jìn)行梯次利用，應(yīng)用于分布式儲能電池系統(tǒng)，用來平抑、穩(wěn)定風(fēng)能、太陽能等間歇式可再生能量發(fā)電的輸出功率；或者應(yīng)用于微電網(wǎng)，實(shí)施削峰填谷，減輕用電負(fù)荷供需矛盾。
3）拆解：對于完全喪失再利用價值的電池，則對電池進(jìn)行拆解和化學(xué)處理，完全回收鎳、鈷等金屬，用于生產(chǎn)新的電池，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。
圖6 檢測到底做了哪些實(shí)驗(yàn)，還是采用歷史數(shù)據(jù)來分析，需要評估費(fèi)用
3.電池的拆解處理
2011年，豐田在日本與住友金屬合作，實(shí)現(xiàn)鎳的多次利用，能夠回收電池組中50%的鎳。豐田化學(xué)工程和住友金屬礦山為此配置了每年可回收相當(dāng)于1萬輛混合動力車電池用量的專用生產(chǎn)線。
2012年，本田與日本重化學(xué)工業(yè)公司合作配置了類似的生產(chǎn)線，這條生產(chǎn)線可以回收超過80%的稀土金屬，用于制造新鎳氫電池。
在歐洲，豐田同時保持著與SNAM公司（法國）、優(yōu)美科（Umicore）集團(tuán)（比利時）的合作關(guān)系，由后兩者分別對鎳氫電池和鋰電池進(jìn)行回收。這個涉及到一定的量能和使用率，在電池系統(tǒng)到模組再到電芯的拆解過程中，很多的工作需要去完善。
圖7 拆解同一規(guī)格和不同規(guī)格電池的處理方式有差異
下面是細(xì)節(jié)的處理方法，后續(xù)研報再來詳細(xì)介紹。
圖8 豐田的電池再處理循環(huán)體系
4、梯次利用
鎳氫電池回收后的梯次利用豐田也做了一些嘗試。
2015年，豐田將凱美瑞混合動力車的廢舊電池用于黃石國家公園設(shè)施儲能供電，重新設(shè)計了儲能電池管理系統(tǒng)，208個凱美瑞電池可存儲85KWh電能，將電池的使用壽命延長了兩倍。
圖9 整包做梯次，在小電池系統(tǒng)上，HEV/PHEV是必然的
反觀國內(nèi)新能源汽車動力電池的回收利用，一方面，國內(nèi)車企和車型太多了，簡單的把回收的責(zé)任全部交給一家家車企來完成，恐怕不太現(xiàn)實(shí)，相關(guān)的信息跟蹤會產(chǎn)生非常多的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)的有效把控頗有挑戰(zhàn)性；另一方面，大的鋰電池系統(tǒng)，接近壽命結(jié)束周期后有很多的狀態(tài)，如果沒有數(shù)據(jù)支持，出現(xiàn)漏液和鋰晶枝內(nèi)部生成，與鎳氫電池的容量和危險性不同，不容易就地儲存，如果把責(zé)任分擔(dān)給各自的網(wǎng)絡(luò)、各自處理，一是沒效率，二是會產(chǎn)生新的混亂
圖10信息跟蹤在電池回收中能起到多大的作用？值得思考
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