动力电池梯次利用标准化现状探讨

周 媛,信 天,王 鑫,刘 亚

（山东省产品质量检验研究院,山东 济南 250102）

随着电动汽车产业快速发展,锂离子电池得到了广泛应用,今后几年退役锂离子电池将快速增加。预计2020年累计退役量约达25 GW·h,2025年将累计超过90 GW·h。很多退役锂离子电池的可用剩余容量达到额定容量的70%～80%,直接报废会造成浪费,同时,若缺乏有效的回收与梯次利用体系和标准,将会影响电动汽车产业可持续发展和国家节能减排战略的实施,造成严重的资源浪费和环境问题[1]。

退役动力电池梯次利用是在不增加资源的情况下延伸使用价值的一项工作,是一项增值服务,符合国家的战略需求。标准是技术发展和应用的重要支撑,当前动力电池梯次利用生命周期各环节的技术标准亟待完善和深入研究[2]。

针对动力电池梯次利用的问题,相关部门从政策引导到标准制定等各层面已开始布局,以规范梯次利用市场,促进行业健康发展。本文作者归纳了动力电池梯次利用的相关标准,并进行介绍,指出现有标准存在的不足,提出相应的建议,为有关企业、行业技术人员和政府监管提供一定的参考,同时加深电池从业人员和相关机构对标准的理解,对提高行业整体水平具有重要的现实意义和指导价值。

1 标准简介

目前,已从标准化战略层面构建了国内动力电池梯次利用的标准体系框架,如图1所示。

图1 国内动力电池梯次利用标准体系框架Fig.1 Domestic standard system framework for echelon utilization of power batteries

目前,国内适用于动力电池梯次利用的通用标准主要有GB/T 33598-2017《车用动力电池回收利用 拆解规范》[3]、GB/T 34013-2017《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》[4]、GB/T 34014-2017《汽车动力蓄电池编码规则》[5]和GB/T 34015-2017《车用动力电池回收利用余能检测》[6];梯次利用标准主要有GB/T 34015.2-2020《车用动力电池回收利用梯次利用 第2部分:拆卸要求》[7]、DB34/T 3077-2018《车用锂离子动力电池回收利用放电技术规范》[8]、DB31/T 1053-2017《电动汽车动力蓄电池回收利用规范》[9]和DB44/T 1203-2013《电动汽车用锂离子动力电池回收利用规范》[10];管理规范主要有GB/T 38698.1-2020《车用动力电池回收利用管理规范第1部分:包装运输》[11]。

国外涉及动力电池性能、寿命和安全测试的技术标准主要有ISO 12405-1:2011《电池包和系统的测试规范-大功率应用》[12]、ISO 12405-2:2012《电池包和系统的测试规范-高能应用》[13]、IEC 62660-1:2010《用于电动道路车辆推进的次级锂离子电池-性能测试》[14]、IEC 62660-2:2010《二次锂离子电池用于电力道路的推进车辆-可靠性和滥用测试》[15]、IEC 62660-3:2016《二次锂离子电池用于电力道路的推进车辆-安全要求》[16]、IEC 62281:2016《运输过程中一次和二次锂电池和电池组的安全性》[17]、IEC 62619:2017《二次电池和包含碱性或其他非酸性电解质的电池-工业二次锂电池和电池的安全要求》[18]和UL 1642:2013《锂离子电池的安全性测试》[19],但与电池梯次利用相关的标准目前仅有UL 1974:2018《再利用电池的评估》[20]。

2 国内相关标准

2.1 通用标准

通用标准主要有GB/T 33598-2017、GB/T 34013-2017、GB/T 34014-2017和GB/T 34015-2017。 这4项标准的发布单位都是国家质量监督检验检疫总局,具体实施日期、适用范围和主要内容见表1。

表1 国内适用于动力电池梯次利用的通用标准 Table 1 Domestic general standards for echelon utilization of power battery

GB/T 33598-2017可以指导企业进行电池拆解,为企业安全高效地进行电池拆解提供技术依据;GB/T 34013-2017明确规范了电池尺寸,引导减少电池规格数量;GB/T 34015-2017是废旧动力电池余能检测的测试标准,可为梯次利用提供安全保障;GB/T 34014-2017规范了动力电池编码,可以促进梯次利用电池溯源管理。

2.2 梯次利用标准

现行梯次利用标准主要有GB/T 34015.2-2020、DB34/T 3077-2018、DB31/T 1053-2017和DB44/T 1203-2013等。GB/T 34015.2-2020由国家市场监督管理总局发布;DB34/T 3077-2018由安徽省质量技术监督局发布;DB31/T 1053-2017由上海市质量技术监督局发布;DB44/T 1203-2013由广东省质量技术监督局发布。这表明,我国从国家到地方,动力电池梯次利用方面的技术标准都在逐步完善,能更好地发挥标准的支撑和引领作用,推动产业健康发展。这4个标准的具体实施日期、适用范围和主要内容见表2。

表2 国内动力电池利用标准 Table 2 Domestic utilization standards of power battery

为应对动力电池梯次利用产业标准和配套法规不健全等问题,国内部分行业协会和产业技术联盟制定了梯次利用的团体标准,助力产业健康发展。从全国团体标准信息平台上查到的有关动力电池梯次利用团体标准[21-27]具体见表3。

表3 国内动力电池梯次利用团体标准 Table 3 Domestic group standards for echelon utilization of power battery

GB/T 34015.2-2020主要用来指导动力电池的拆卸,从2020年10月1日开始实施。该标准进一步完善了动力电池梯次利用标准体系,具有重要的指导作用。北京资源强制回收环保产业技术创新战略联盟和中国通信企业协会针对梯次利用的应用场景（电动自行车、低速电动车、储能和通信）制定了相关团体标准,规定了相应有针对性的要求,对梯次利用电池的合理使用提供了参考依据。

2.3 管理规范

GB/T 38698.1-2020由国家市场监督管理总局发布,于2020年10月1日开始实施。该标准适用于电动汽车退役锂离子动力电池包、模组、单体的包装和道路运输,规定了车用退役动力电池回收利用包装运输的术语和定义、分类要求、一般要求、包装要求、运输要求以及标志要求,为企业包装运输提供了指导,促进退役动力电池梯次利用可持续发展。

中国通信企业协会制定的团体标准T/CAICI 3-2018《通信行业梯次利用锂离子动力电池经营企业管理规范》在2018年8月1日开始实施,规定了通信行业梯次利用锂离子动力电池经营企业的资质、产品销售和回收的要求,适用于通信行业梯次利用锂离子动力电池。

3 国外相关标准

北美梯次利用动力电池标准UL 1974:2018《再利用电池的评估》概述了如何进行分类,识别电池的健康状况,确定继续使用的可行性,保证再利用电池的安全性和可靠性。UL 1974明确了梯次利用电池的技术要求、梯次利用工厂的技术要求和梯次利用电池的有效识别,以帮助梯次利用企业对退役电池梯次利用流程实现规范化管理。

4 启示与展望

动力电池梯次利用已引起广泛关注,但目前发布的相关标准仍无法满足行业的需求。存在的问题和措施建议主要有以下几点:

①目前动力电池标准主要是面向退役电池进行回收利用。电池类型不同,应用场合不同,相应的技术参数和测试方法也有所不同。针对特定的应用场景进行梯次利用,电池需符合与实际应用场景匹配的标准所规范的相关要求,在挑选、测试和重组等环节如何进行评估和检测,梯次利用电池测试项目是否符合终端标准的需要,都缺少指导性操作手册或标准,需要国家相关政策与标准的支持和规范。需要尽快建立与完善特定梯次利用应用场景的国家规划标准体系。

②动力电池规格多样,汽车用动力电池模组设计缺乏标准化,生产大都是按照具体车型的需要来进行设计;电池包参数、设计理念和结构存在较大差异,且同款电芯使用后性能也有所不同,再次成组难以保证一致性。动力电池梯次利用需要对不同来源和规格的退役电池进行回收、分拣,并重新整合,导致梯次利用的难度和成本增加。有必要统一电池模组设计的标准,将梯次利用融入动力电池设计和制造过程,加快制定相关标准,以提升退役电池梯次利用的效率。

③退役电池梯次利用的筛选、分级和评估标准不完善,分选测试再成组方法仍处于研究阶段;同时缺乏质量管控标准,将影响梯次利用电池的性能、一致性、安全性和稳定性。缺乏可依据的标准和合适的检测程序,也导致改装退役电池的企业需要承担更高的技术成本和风险。

④虽然已经制定和发布了动力电池回收利用相关的国内外标准,但针对梯次利用各环节的标准仍不充分,如动力电池退役判定检测技术和梯次利用电池剩余价值评估技术等。需要逐渐完善梯次利用电池标准,用标准引领产业发展,更好地保证退役电池梯次利用标准化和梯次利用电池的安全性,为行业健康有序发展提供重要保障,同时,为更好地监督管理动力电池梯次利用提供技术支撑。

⑤在电池筛选与测试方面,目前多数是将传统单体电池的测试和评估技术简单平移后直接应用在模组上,而梯次电池模组的老化和不一致状态不同,检测和评估方法应有所不同,因此缺少相关标准和技术规范。退役电池拆解进行梯次利用时,要经过品质检测、安全性评估、循环寿命测试等,然后进行筛选分级重组,再实现梯次利用。梯次利用是热点和难点,突破各类技术难题具有重要的现实意义,有利于健全梯次利用标准体系,实现退役电池规范化梯次利用。

作为电池产品的检测机构,应充分发挥市场监管的职责,及时关注标准动态和差异,加快推进动力电池退役判定检测技术,监管市场准入门槛,在保障该类市场有序发展的同时,将使用价值和经济效益发挥到最大化。