动力电池报废与回收对策研究＊

袁博

（河南省社会科学院工业经济研究所，郑州 450000）

主题词：动力电池 报废 回收 对策

1 动力电池相关概念综述

1.1 动力电池概念

动力电池是为交通工具提供动力来源的一种特殊电池，这些交通工具包括电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车。动力电池是以电力为主要驱动方式的交通工具的动力来源，为交通工具提供持续行驶的能源，目前常见的动力电池主要有铅酸电池、碱性电池、锂离子电池、燃料电池等。

1.2 汽车动力电池的发展历史

第一辆实际制造出来的电动车是由美国人安德森在1832到1839年之间发明的。这辆电动车所用的蓄电池比较简单，是不可再充电的。1899年，德国人波尔舍发明了一台轮毂电动机，以替代当时在汽车上普遍使用的链条传动。随后开发了Lohner-Porsche电动车，该车采用铅酸蓄电池作为动力源，由前轮内的轮毂电动机直接驱动[1]。

此后，由于内燃机技术和石油开采技术的迅速发展，汽油逐渐占据汽车动力来源的主导地位，动力电池逐步被边缘化，后来只是作为汽车电气系统的蓄电池保留下来，但由于电气系统的能量消耗较小，当时的电池容量足以应对，加之内燃机在汽车动力来源地位的稳固，导致相关技术长期停滞不前，直到1990年，通用汽车公司终于率先实现了技术上的突破，推出了EV1纯电动汽车，再一次开启了新能源汽车的新时代，EV1采用了32块铅酸电池作为主能源，一次充电可以行驶144 km，此后动力电池产业重新开始快速发展。

1991年，日本索尼（SONY）开发出了商业化的锂离子电池，1995年，丰田将镍氢电池应用在普锐斯（PRIUS）混合动力车型上，在此建立了锂离子电池在汽车上广泛应用的愿景，从此全球汽车工业开启了不懈的探究与尝试[1]。经过近20年的发展，锂离子电池已经成为电动汽车的主要动力来源，并出现了不同的技术路线，包括铅酸锂电池、铅酸铁锂电池、磷酸铁锂电池、磷酸锰铁锂电池等种类，适合不同的电动汽车使用。

与此同时，动力电池的另一重要组成部分—燃料电池也取得了长足的发展，2013年2月现代ix35 FCV于韩国蔚山工厂正式下线，成为世界上第一辆量产版氢燃料电池汽车，其后的数年，燃料电池技术快速发展，目前已经有相当数量的燃料电池汽车量产和投放市场。

1.3 动力电池行业的发展现状

2018年全球动力电池总出货量为92.5 GW∙h，同比增长45.8%，其中宁德时代以21.3 GW∙h的出货量排名第一，成为全球最大的动力电池企业，之后依次是松下、比亚迪、LG化学、AESC、三星SDI、国轩高科、力神、孚能和比克，排名前十的企业市场占有率达到88.7%，其中中国动力电池企业达到7家，韩国企业为2家，日本企业1家，中日韩三国几乎垄断了全球动力电池市场，牢牢占据动力电池的主力地位。

全球动力电池产业蓬勃发展的同时也呈现出一些新的特点。

1.3.1 电池类型日渐多样化

早期的动力电池类型比较单一，主要以铅酸蓄电池为主，随着电池材料的丰富和技术的进步，逐渐出现了锂电池、燃料电池等新型电池，同时铅酸电池仍然被保留了下来，如今已经发展出铅酸锂电池、三元锂电池、铅酸铁锂电池、磷酸铁锂电池、磷酸锰铁锂电池、燃料电池等不同种类，满足不同价位和用途的电动汽车使用，随着材料的进一步丰富和技术的进一步发展，今后的动力电池种类会更加多样化。

1.3.2 技术革新速度加快

动力电池产业在1990年之前的100多年的历史中发展缓慢，在燃油车成为汽车主导之后更是停滞不前，技术上几乎没有任何发展，在上世纪九十年代锂离子电池诞生之后，动力电池产业再一次找到了新的突破口，经过20多年的发展，目前动力电池的安全性、续航、加速等方面的技术水平已经基本可以满足日常的商用和家用场景，同时还在这些方面不断地提升，此外，动力电池产业在快速地进行技术革新，如固态电池、燃料电池、无线充电都是近几年新的技术路线和趋势，在可预见的未来，动力电池的技术会持续不断地快速发展。

1.3.3 发展过程中问题频现

动力电池产业发展历程虽然贯穿了整个汽车产业的发展史，但是真正快速发展的时期是在最近20年，相比于发展已经十分成熟的内燃机，目前动力电池的发展依然处于初级阶段，正在逐步迈向成熟，因此在发展的过程中不可避免地出现各种问题，主要包括技术问题和社会问题两方面。技术方面电池自燃现象时有发生，安全性还有待提高，续航衰减明显，特别是在极寒极热等极端天气情况的表现不尽如人意；社会方面，动力电池行业近年来新进入企业数量暴增，野蛮生长，行业标准混乱，骗取补贴现象屡禁不止，加之民众对新能源汽车的了解有限，导致动力电池产业的负面影响较大。

2 报废动力电池的危害研究

动力电池由于长期使用一方面会出现电解质活性减弱，另一方面电池容量逐渐下降，造成续航里程的缩短，使用到一定期限时会给汽车的行驶带来一定的安全隐患，同时会使汽车在加速、续航方面的性能大幅度降低，当电池容量衰减到初始容量的60%～80%左右，便达到设计的有效使用寿命，需进行更换。电动乘用车电池的有效寿命在4～6年左右，电动商用车的电池有效寿命仅约3年左右[2]，通常是电池更换和整车报废两种方式，随着新能源汽车的保有量和在汽车总量占比逐年提高，报废动力电池的数量也急剧增加，而报废动力电池的最终流向由于没有统一的处理标准和流程，一般由各个汽车和动力电池生产企业以及专业机构进行处理，由于缺乏有效的监管和规范，目前仍处于管理混乱的阶段，报废动力电池一旦没有经过正确处理，会对自然环境和社会环境造成较大的危害，同时阻碍新能源汽车产业的发展。

2.1 对自然环境造成危害

动力电池的构成比较复杂，其中有各种元素，早期的铅酸电池中的镉、铅本身都是重金属，目前应用广泛的锂电池构成更为复杂，还有磷、锰、铁、锂、镍等元素，在报废动力电池的过程中如处理方式不当，可能会对自然环境造成污染，特别是金属元素渗入到河流和土壤中，会对居民和动植物的健康造成严重影响。

此外，动力电池的外壳组成部分当中还有塑料和铝制品，除了金属元素的污染外，还会对环境造成白色污染，进一步加剧对自然环境的破坏。

2.2 造成自然资源的浪费

除了对自然环境的污染之外，动力电池还无法得到有效的二次利用，动力电池虽然报废，但可以通过一定的方法提取出尚可使用的资源，形成循环利用的良性生态，而目前动力电池还无法得到有效回收，造成自然资源的极大浪费，一方面动力电池产业高速发展，需求量和报废量均快速增长，据相关研究机构预计，到2020年我国动力电池市场需求量将达125 GW∙h，报废量将达32.2 GW∙h，约50万吨，到2030年，动力电池报废量将达101 GW∙h，约116万吨，但另一方面，动力电池回收发展严重滞后，据高工产研氢电研究所（GGII）统计[3]：2018年，动力电池总报废量达7.4万吨，数码电池总报废量达16.7吨，动力电池回收量为5 472吨，只占总报废量的7.4%，回收比例过低，大量的报废电池没有得到有效处理，造成企业生产相关产品需要重新投入新的资金和原材料，使得生产成本居高不下，导致利润下降，影响长期的可持续发展[4]。

2.3 影响新能源汽车产业的整体发展

新能源汽车产业目前还处于发展的初级阶段，社会大众接受程度还不高，相当部分的消费者对新能源汽车在技术方面的发展持观望态度，对于新能源汽车在发展当中遇到的问题格外关注，报废电池处理事关新能源汽车对于自然环境和资源的影响，同样受到社会大众和广大媒体的关注，而目前由于报废动力电池处理的不规范和效率低，导致新能源汽车产业的发展备受质疑，使潜在的消费者继续保持观望态度，降低对新能源汽车的接受度，使新能源汽车销量增长缓慢，进而影响新能源汽车产业的整体发展。

3 动力电池报废与回收对策研究

报废动力电池的处理问题已经对现有的自然环境和社会经济环境造成了实质性影响，如不能得到有效的解决，必将进一步阻碍新能源汽车产业的发展，持续对环境造成破坏，

相关部门已经开始重视这一问题，2018年1月26日工信部、科技部、环保部、交通运输部、商务部、质检总局、能源局联合印发《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》，共有五章三十一条，自2018年8月1日施行，旨在提出报废动力电池的切实有效的解决方案，但由于是初期的暂行方案，目前无法预测其执行的程度和力度，执行效果有待进一步观察。

在目前的缺乏政府部门主导的大背景下，动力电池的报废与回收工作主要是依靠动力电池和新能源汽车生产企业以及专业机构在进行，本章就此问题提出以下具体可操作的对策建议，以此解决动力电池的报废与回收问题。

3.1 加快电池相关技术的革新，延长电池使用寿命

现有的动力电池使用寿命一般在5～10年，加之极端天气如高温和低温对动力电池的影响较大，导致动力电池报废年限较发动机更短，而目前动力电池的更换成本较发动机更高，新能源汽车的实际使用成本优势不明显，甚至还要高于燃油车，使得大众对于新能源汽车的接受度不高，造成新能源汽车发展受阻。

近年来，动力电池产业一直在不断地进行技术革新，由特斯拉支持的加拿大Dalhousie大学Harlow和Dahn教授的研究表明[5]，新型锂电池技术可以使汽车电池寿命达到160万公路（100万英里）。在延长电池使用寿命方面，如研发固态电池等新型材料电池、改善电池的保温和冷却系统、改进电池充换电方式等，可以提高动力电池的全生命周期寿命，从根本上解决电池报废回收问题，由于固态电池技术尚不成熟，保温冷却系统对电池寿命提升较小，电池快速充电对电池容量仍然有一定的损害，目前比较有效的延长电池使用寿命的方法是换电池技术。

换电池技术即把单次容量耗尽的动力电池通过可拆卸动力电池的底盘结构将电池取出，将已经充满电的动力电池装入，从而保证新能源汽车的续航里程，动力电池拆卸下来之后都要进行专业的检测和保养，对其进行集中管理，动力电池的维护频率要远高于非可更换的动力电池，从而保证了电池的持续耐用，延长电池的使用寿命，目前蔚来、宇通、北汽、众泰等企业生产的新能源汽车均采用了换电池技术，换电池技术已经渗入到乘用车和商用车领域，换电池技术是短期内可以解决新能源汽车续航问题和延长使用寿命的最有效方法。

但同时，电池频繁更换需要更多的备用电池和更多的检测保养次数，底盘需要做出针对性的设计和生产，会大幅增加企业的运营成本，而且由于换电技术目前还不成熟，事故时有发生，需要进一步进行技术改进。

3.2 企业建立电池报废电池回收体系，促进动力电池二次利用

作为电池报废和收回利用系统的最直接参与者，新能源汽车企业在其中的作用举足轻重，应率先建立完善的动力电池回收和循环利用机制和系统（图1），充分发挥生产企业的整合优势，发掘和利用报废动力电池的剩余价值，使报废动力电池可以循环使用，为企业节省成本，促进可持续发展。

图1 报废电池处理流程

目前企业的电池报废回收体系主要分为两种，企业内部再利用和对外二次销售，企业内部再利用是指将报废的动力电池进行重新检测和处理，用于企业内部生产的动力电源，以宁德时代为例，2018年宁德时代的动力电池装机量占国内总装机量的40%以上，是目前国内最大的动力电池供应商，同时其报废电池占有量巨大，宁德时代早在2017年就开始涉足动力电池回收业务，建立“电池正极原材料-动力电池系统-报废电池回收”的锂电池产业链闭环，而回收后的动力电池主要是作为其生产线的储能备用电源使用。

此外，回收的动力电池二次销售模式也成为了近年来相关汽车企业新的报废电池处理方式，对报废动力电池进行再处理，重新推向市场销售，既节约了生产成本，同时增加了销售收入，更重要的是解决了报废动力电池的闲置问题，目前包括比亚迪、北汽、荣威等多家新能源汽车企业都在进行二次销售模式的探索，以比亚迪集团为例，比亚迪已经连续4年成为全球新能源汽车的销量冠军，同时是全球第二大动力电池制造商，庞大的整车需求导致报废动力电池数量的激增，促使其较早地开展动力电池回收业务，由于比亚迪本身涉足储能产品，消费者对其体积和能量密度要求不高，使得能量密度和处理成本都较低的报废动力电池成为理想的原材料，比亚迪的储能产品系列，从小的家庭储能系统，到中间级别的工商业储能产品，到大的公用级别的集装箱系统，全方位地覆盖了目前的市场需求，截止到2018年年底，比亚迪已经为全球合作伙伴提供了近百个工业级储能解决方案，储能产品远销21个国家，96个城市，覆盖全球6大洲，出货总量超600 MW∙h，根据CNESA全球储能项目库的统计，2018年，全球新增投运的电化学储能项目中，比亚迪在中国储能系统集成供应商中排名第一，在全球的储能市场中占据重要地位，而这样的成绩得益于比亚迪地成熟报废电池回收体系的建立[6]。

3.3 建立“都市矿山”，提高报废动力电池的全领域利用率

“都市矿山”的概念最早是由日本在20世纪80年代提出，日本是一个矿产资源匮乏的国家，早年主要依赖进口，需要耗费大量的资金，政府和企业长期以来一直在致力于如何最大化地减少对进口矿产资源的依赖，提高本国矿产资源的存储量，通过建立“都市矿山”将使用过的废弃电子器械作为矿物资源，进行有计划的回收，从中获取可利用的资源，经过30多年的积累，日本“都市矿山”中的金、银、铅储量位居世界首位，铜含量位居世界第二位，每年可以为日本节约大量资源采购资金，同时降低对稀有原材料的依赖度，持续保持高科技产业的发展优势，“都市矿山”体系使日本成为目前报废电子产品回收利用率最高的国家，正在向矿产资源储量大国迈进。

目前，中国的工业发展存在同样问题，中国的多项矿产资源储量位居世界首位，但由于传统重工业的高能耗，加之缺乏相应的报废电子产品回收体系，最终导致矿产资源储量不高，某些资源甚至需要花费大量资金进口，同时相关高科技产业发展由于原材料问题制约了产业的发展，最终对整体的经济发展造成影响，矿产资源的储量不足已经成为目前棘手解决的问题。

动力电池构成比较复杂，还有猛、铁、锂、铝、钢等金属以及苯橡胶SBR、聚偏氟乙烯PVdF、丙烯酸等复合材料，加之动力电池的体积和重量较一般的电子产品更大，即使是报废动力电池的回收利用价值依然十分可观，而在此背景下，建立报废动力电池的“都市矿山”迫在眉睫，“都市矿山”首先可以节约进口资源的资金，降低对原材料的依赖度，其次充分的循环利用动力电池中的残余资源，将使用范围扩展至整个制造业领域，促进整体国民经济的发展，最重要的是金属矿山可以将报废动力电池集中管理，最大限度地降低环境污染，是比较理想的处理方式。

目前已经有部分新能源汽车企业开始着手“都市矿山”的建立，以北汽新能源为例，公司建立了整套动力电池回收系统，已经开发了电池无害化处理、电池梯次利用和稀贵金属提炼技术，建立了实体工厂，将锂电池通过物理和化学方法将其中的主要成分重新提纯、回收利用，提供给相关的生产企业，实现对整个产业链矿产资源的循环可持续利用，当然现阶段的报废动力电池回收还处于初级发展水平，需要政府部门和生产企业共同推动动力电池全产业的更大规模的“都市矿山”体系的建设[7]。

4 结语

随着新能源汽车产业的快速发展，报废动力电池的处理问题会进一步凸显，目前的解决方案虽已取得部分成效，但还远未能达到预期，动力电池报废与回收的对策与措施需要政府相关部门、汽车生产企业以及专业处理机构共同努力，使动力电池的报废与回收问题在不远的将来能够得到彻底有效的解决。