新能源汽车动力电池回收梯度利用闭环供应链的设计

封玥光

（沈阳工业大学，辽宁 沈阳 110870）

1 研究背景

汽车是当前人类社会主要的交通运输工具，由于其动力来自于燃油，又成为能源消耗以及碳氧化物排放的主要载体，是造成环境污染和能源短缺的“罪魁祸首”。因此，对汽车的能源进行更新换代，实现汽车产业的变革已成为必然趋势。新能源汽车以电力替换化石燃料，具有零排放的突出优势，对于缓解能源匮乏及环境污染等现实问题具有突出的功效。伴随着中国经济建设的快速发展，人们的生活水平得到大幅度提高，汽车已成为人们重要的交通工具，购买汽车的家庭逐年递增，使得中国成为能源消耗大国。同时，汽车数量的剧增也导致了环境污染愈加严重。针对于此，中国对于发展新能源汽车产业给予了高度的重视，将其列为中国七大战略性新兴产业之一。并先后制定与出台了《汽车产业发展政策》《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》《新能源汽车补贴及实施规则》和《关于调整节能汽车推广补贴政策的通知》等相关政策，对中国新能源汽车产业的发展起到了重要的“保驾护航”的作用。伴随着新能源汽车产业的发展，动力电池的需求总量也在逐年递增。仅以锂电池为例，SMM 新能源数据库显示，中国新能源汽车行业在2019 年对锂电池的总需求量为66.41 GW·h，同比增长12.4%。数量如此众多的动力电池的回收与再利用就成为一个不可忽视的现实问题，这不仅关乎环境的保护以及新能源汽车研发的初衷，同时，还会对动力电池生产材料的使用效率产生重要的影响。本文对新能源汽车动力电池梯度利用的闭环供应链进行设计，并探讨其应用的可行性，以期为实现中国新能源汽车动力电池的科学管理、有效回收及合理再利用，提供必要的理论依据与合理化建议。

2 新能源汽车动力电池梯度利用的社会价值

据新能源汽车动力电池的行业标准规定，当动力电池的平均放电容量低于额定容量的80%时，就不能再作为新能源汽车的动力储能装置，需要退役。相关的数据统计显示，仅在2018—2019 年期间，退役的动力电池多达十几万吨。因此，采用梯度利用的方法对退役动力电池进行回收与再利用，彰显出极其重要的社会价值。

2.1 环保价值

动力电池中含有汞、镉、镍、铅、锂等金属和重金属，会对人体造成一定的危害。另外，动力电池内部的酸碱电解液具有一定的腐蚀性，一旦外泄，会对环境造成严重的污染。如果把退役的新能源汽车动力电池随意丢弃，那么当动力电池锈蚀后，内部的有害物质外泄，会对其周边的土壤、水源等自然生态环境造成严重的污染，进而对生活在这一范围内的动植物（包括人）的健康造成严重危害。因此，采用梯度利用的方法对新能源汽车动力电池进行科学规范的回收与再利用，能够有效避免动力电池中的有害物质对外界环境的污染，凸显出重要的环保价值。

2.2 经济价值

由于新能源汽车动力电池中含有诸如镍、锂、钴、镉等多种贵金属，因此，当动力电池退役后，对这些贵金属进行有效的回收与提取，会产生极大的经济效益。仅以锂电池为例，就含有镍、钴、锂、铜、铝等多种可回收的贵金属和有价金属，蕴含着巨大的经济价值。相关资料的统计结果显示，仅新能源汽车动力锂电池一项，其贵金属和有价金属回收所创造的经济价值已超过100 亿元，预计在2023 年有望超过300 亿元。伴随着中国新能源汽车产业的不断发展，新能源汽车的产量呈逐年递增的发展态势，由此也导致了废旧动力电池数量的剧增，其经济价值也将实现大幅度的增长。

2.3 资源再利用价值

伴随着中国新能源汽车产业的发展，对动力电池制造原料的需求不断增加。但是，由于受储量的影响，中国在一些重要原料上存在着严重的缺失。以镍金属为例，作为生产与制造新能源汽车动力电池的重要原料，中国年平均消耗量约占全球总消耗量的25%，但是，中国镍资源的储备量仅占全球总储量的4%左右，镍资源的缺失极其严重。通过对废旧动力电池中的贵金属和有价金属的回收，并将其应用到新动力电池制造或其他领域的使用当中，实现了资源的循环利用，有效地缓解了贵金属匮乏的现状，实现了资源再利用效率的最优化。

3 新能源汽车动力电池回收梯度利用闭环供应链的设计

目前，对新能源汽车退役动力电池最为有效的回收与再利用的方法为梯度利用。所谓梯度利用，是指当某一个产品已经达到设计使用寿命时，再通过其他方法对其功能进行全部或部分激活，使之能够继续使用的过程。动力电池的回收梯度利用涉及到制造商、销售商、消费者、回收机构等诸多环节，确保这些环节有效地衔接与互动，提升动力电池回收梯度利用的效率，延长动力电池的设计周期，提高回收利用的经济价值，设计完整、实效的闭环供应链，具有重要的促进作用。

3.1 设计原则

3.1.1 整体性原则

新能源汽车动力电池的回收梯度利用既具有突出经济价值，又蕴含重要的环保意义，是有效解决新能源汽车产业“后顾之忧”，促进其健康发展的途径。因此，为确保回收与再利用的最佳效益，要求在设计动力电池回收梯度利用的闭环供应链时应遵循整体性原则，用以切实保障闭环供应链各环节之间的紧密衔接，达成良性的互动的支撑，这是提高闭环供应链整体设计效果的基本保障。

3.1.2 实效性原则

设计闭环供应链的目的在于获取新能源汽车动力电池回收梯度利用的最佳效益，因此，遵循实效性原则具有极其重要的现实意义。这就要求在具体的设计过程中，既要保证供应链的整体性，同时，还要确保闭环供应链整体结构的简洁性。一方面，可以有效避免因环节设计缺失而导致梯度利用效果的下降；另一方面，还能够杜绝因环节设计的繁杂而导致闭环供应链整体操作困难现象的出现。

3.2 基本结构

闭环供应链是由制造商、销售商、消费者、回收机构及检测机构等诸多部门所组成的具有循环特征的整体结构。其具体的流程为：制造商将所生产的动力电池由销售商销售给消费者，当动力电池达到退役指标后，由消费者返还给回收机构（回收机构由制造商与销售商共同组建）。回收机构通过对退役动力电池的性能综合检测后，对退役的动力电池进行筛选分类。达到废旧标准的由回收机构负责拆解，对动力电池中的贵金属和有价金属进行回收，作为生产原料提供给制造商用以生产新的动力电池；而没有达到废旧标准，且具有可再利用价值的动力电池，由回收机构销售给发电厂用作蓄能装置，或用于公共用电设施的供能装置，例如新能源汽车动力电池充电桩、照明设施、灯箱广告等，形成一个可循环利用的环形供应链条。

其基本结构如图1 所示。

图1 新能源汽车动力电池回收梯度利用的闭环供应链基本结构示意图

4 结语

新能源汽车动力电池回收梯度利用，是当前解决退役动力电池所引发的各种现实问题的最佳手段，是提高资源利用效率的有效途径。因此，在整体性原则与实效性原则的引导下，设计科学、有效的新能源汽车动力电池回收梯度利用的闭环供应链，为实现退役动力电池回收与再利用的效益最优化提供理论支持与模型参照，不仅有助于促进新能源汽车产业的健康发展，同时，对于缓解与改善环境污染、气候变暖以及能源匮乏的现状具有重要的现实意义。