动力电池梯次利用可行性及其应用场景

赵小羽 黄祖朋 胡慧婧

摘 要：随着新能源汽车行业持续稳定的发展，未来几年将会有大量的新能源汽车动力电池退役，如何对这些退役电池进行合理有效的处置成为了社会普遍关注的焦点。基于此，文章对退役动力电池的电性能进行了研究，证实了退役动力电池进行梯次利用的可行性。在此基础上，文章进一步提出了梯次利用可能的应用场景，为新能源汽车退役动力电池的市场挖掘及价值最大化利用提供了思路。

关键词：新能源;动力电池;退役电池;梯次利用;应用场景

中图分类号：U469.7  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）12-25-03

Abstract： With the sustainable and stable development of the new energy vehicle industry， a large number of new energy vehicle power batteries will be decommissioned in the next few years. How to deal with these decommissioned batteries reasonably and effectively has become the focus of social attention. Based on this， the paper studies the electrical performance of decommissioned power batteries， and confirms the feasibility of using decommissioned power batteries in cascade. On this basis， this paper further proposes the possible application scenarios of cascade utilization， providing ideas for discovering the market and maximizing the value of retired power batteries of new energy vehicles.

Keywords： New energy; Power battery; Retired batteries; Repurposing; Application scenarios

CLC NO.： U469.7  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2019）12-25-03

引言

在政府的大力支持和推動下，近10多年来中国的新能源汽车行业发生了翻天覆地的变化。在未来的十几年里，中国的新能源汽车行业仍将处于发展的战略机遇期[1]。新能源汽车行业快速发展的同时，也带动了上下游行业的蓬勃发展，最为显著的是动力电池行业[2]。目前，我国的动力电池产销量已经位列全球第一，动力电池的设计及制造技术也处于全球领先地位，电池的电性能及制造成本有着巨大的优势。尽管如此，当前我国动力电池的采购成本仍然占据了整车成本的30%～50%，如何进一步降低其使用成本成为了新能源汽车企业的燃眉之急[3]。动力电池进行梯次利用，满足不同的场景使用需求，从多方面、多层次、最大化地挖掘动力电池的价值，降低其在新能源汽车上的使用成本，成为了车企重点关注的焦点。本文即是在此背景下开展研究工作，探索动力电池从新能源汽车上退役后继续梯次利用的可行性，并分析其可能的应用场景。

1 退役动力电池现状及发展趋势

我国的新能源汽车产销量已经连续多年蝉联了世界冠军。截止到2018年底，我国新能源汽车产销量分别为127万辆和125.6万辆。同比分别增长59.9%和61.7%。预计到2020年，我国的纯电动汽车和插电式混合动力汽车的生产能力将达277万辆。伴随着新能源汽车的快速发展，从2012开始，我国锂离子电池年产量逐年上升。进入2018年后，在电动汽车快速增长的带动下，我国锂离子电池产量呈现高速增长态势[4]，达到了70GWh的规模（图1A）。2019年我国新能源汽车动力电池装机量约为95.9GWh，相比2018年，同比增长约37%。预计到2020年我国动力电池市场需求将达126.8GWh。受限于动力电池的循环寿命，未来几年，动力电池将会逐步退役，报废的动力电池数量极为庞大[5]。预计到2020年，报废量将达9.6GWh（图1B），约14.9万吨;到2025年，动力电池报废量将达52.4GWh，约60.2万吨。大量的退役电池给梯次利用行业带来了契机[6]。

2 退役动力电池的电性能分析

2012年前生产出来的动力电池电性能相对较差。本文选取了一批从“十城千辆工程”中的大巴车上退役下来的动力电池进行分析，这些动力电池在大巴车上运行了将近3年的时间。其剩余电性能如表1所示：

从上表的测试数据可知，退运电池的电性能普遍降低，可用容量下降25%-45%，内阻增大1-2倍，充放电倍率小于0.5C，低温充放电性能较差。尽管如此，这些退役动力电池在容量保持率、充放电效率等方面还有不错的性能，可以用于一些工况比较温和、浅充浅放、工作环境在在0℃以上的场景中。

近些年来，随着我国动力电池在材料性能、制造工艺、电池一致性、循环寿命、能量密度、安全性等方面取得重大突破，退役动力电池的电性能得到了巨大的提升。本文对某款18650型磷酸铁锂动力电池进行循环寿命测试，如图2所示，在室温下以0.5C进行充电、1C进行放电，充放电截止电压分别为4.2V和2.75V。当动力电池的可用用量降低至初始容量的80%时，循环寿命为1200次，远远超出了新能源汽车对动力电池的循环寿命要求（国家对于新能源汽车的质保要求为8年或12万km内动力电池的衰减不超过20%，以新能源汽车平均续驶里程为300km来计算，12万km相当于400次的循环寿命）。