车用动力电池梯次利用相关标准及技术的研究

刘学文 何飞宇 黄盈盈 巴鑫

摘 要：随着新能源汽车产业的快速发展，我国已成为世界第一大新能源汽车产销国，截至2023年1月，新能源汽车保有量已超过1000万辆。动力电池作为电动汽车的关键部件之一，遵循其生命周期规律，即将进入大规模退役期。基于环境保护、资源利用等因素，国家和社会层面对动力电池的回收和梯次利用都投入了极大的关注。本文对动力电池的梯次利用实际过程中存在的问题进行了探讨。通过梳理产品回收过程中的主要流程，确定了各阶段的主要工作，主要讨论了梯次利用产品余能、循环寿命、安全性等基本性能的标准要求及相应检测技术的发展。

关键词：新能源汽车，动力电池回收，梯次利用，检测标准，检测方法

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.11.011

0 引 言

我国新能源汽车销量已连续8年位居全球第一。2022年，我国新能源汽车销量超预期，全国新能源汽车销量累计约688.7万辆，新能源汽车占有率达25.6%，销量及占有率均创下历史新高。其中私家车占比持续提升，并呈现向三四线城市和农村市场加速渗透的特征，这为新能源汽车的长远发展奠定了充实的基础。2015年是我国新能源汽车产销量爆发的关键一年，当年新能源汽车产量突破40万辆。新能源汽车动力电池的使用寿命大多在5～8年，这意味着有大量的动力电池自2023年将进入淘汰期。如果电池直接报废拆解，将产生大量的资源浪费和环境污染，基于这方面的考虑，动力电池的回收利用问题引起了广泛的关注和研究。新能源汽车行业的发展，是我国实现双碳目标的重要组成部分，研究动力电池梯次利用相关标准及检测技术，有利于新能源汽车行业的健康和可持续发展，对推动新能源汽车及相关行业的发展具有重要的意义。

1 动力电池余能检测

一般来讲，动力电池组容量衰减到80%或达到使用年限才会考虑更换，此时动力电池不再适用于汽车，但其剩余容量可以满足储能、应急电源等应用场景的需求。退役电池的实际容量是评价其可利用领域的一个重要指标，因此必须建立一套适用于动力蓄电池剩余容量检测的统一标准，以保障其二次使用安全性和科学性。2017年7月12日，国内首个关于回收利用检测动力电池的国家标准GB/ T34015-2017《车用动力电池回收利用余能检测》[1]批准发布。

该标准的主要目的是从电池梯次利用的角度，规范了锂离子电池和镍氢电池在电池模块和电池单体级别上的余能检测，并不适用于电池包组的余能检测。其内容主要包括检测要求、检测流程及检测方法，属于试验方法标准。

该标准有两个重要的定义。一是余能，表示动力蓄电池从电动汽车上移除后剩余的实际容量；二是I 5放电容量，表示蓄电池在室温下，以1I 5（A）电流放电，达到终止电压时所放出的容量（A·h）。其中I5是5h率放电电流，与标准GB/T 31486-2015《电动汽车动力蓄电池性能要求及试验方法》[2]中I1对应，表示蓄电池在5小时充进/放出其额定容量时所需要的电流值， 其值按公式I 5=C f/5来确定，C f为以首次充放电电流恒流放电测得的电池容量。一般来讲，单体蓄电池的余能即为其在室温（25℃±2℃）下的I 5放电容量。而蓄电池模块的余能应分为三个部分，分别是室温（25℃±2℃）、低温（-20℃±2℃）和高温（55℃±2℃）条件下的I 5放电容量。

动力蓄电池作业流程如图1所示，其中，Ya为动力蓄电池满足企业技术规范条件中的外观条件；Na为动力蓄电池不满足企业技术规范条件中的外观条件；Yb为动力蓄电池满足企业技术规范条件中的电压限值条件；Nb为动力蓄电池不满足企业技术规范条件中的电压限值条件。该流程主要是用来判别蓄电池是否有必要进行余能检测，并确定余能检测时放电电流I 5。

在测试蓄电池C f值时，需要首先对蓄电池的类型进行判定，从而可以按照标准确定首次充放电电流。目前新能源汽车的动力电池主要为锂离子电池和镍氢电池，其中锂电池主要为三元锂和磷酸铁锂电池。当电池的标签上可以获取电池的类型、标称电压、容量等信息时，可以直接采用以进行充放电试验。当电池无标签或标签上信息不全时，也可以通过电化学性能测试进行区分。最便捷的是测量电池的开路电压，可以初步判断是锂电池还是镍氢电池，三类电池的电压参数见表1。对于三元锂电池和磷酸铁锂电池，由于其充放电平台存在重叠部分，在电池电量不满的条件下，可能存在开路电压无法直接判断材料类型的情况，此时可以通过循环伏安法绘制电池材料的CV曲线来判断其类型。

在相同的测试条件下，磷酸铁锂电池的氧化还原峰（3.3/3.5V vs. Li/Li+）与三元锂电池的氧化还原峰（3.6/3.8V vs. Li/Li+）的位置[3-4]会有较大差别，可以轻易区分。

动力蓄电池通过检测流程确认I 5数值及材料后，余能检测的试验方法的充电和放电规程按GB/T31486-2015[5]中6.2.5执行。锂电池以1I 5恒电流充电至充电终止电压，后以恒电压充电至电流降至0.05I 5时停止充电，随后搁置1h；镍氢电池则以1I 5的电流恒电流充电5h，再以0. 2I 5充电1h，随后搁置1h。放电过程均是以1I 5的电流放电，直到达到放电终止电压。单体蓄电池仅考察室温下的放电容量记作电池余能，蓄电池模块还需要在高温（55℃±2℃）及低温（-20℃±2℃）下采集其余能数据并记录。

值得一提的是，2022年6月29日，国家能源局综合司发布了关于征求《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）（征求意见稿）》意见的函，其中提到：中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次利用动力电池；选用梯次利用动力电池时，应进行一致性筛选并结合溯源数据进行安全评估。这意味着对动力电池回收利用的门槛进一步提高，不僅是容量合格就可以进入市场，还需要有其他的标准来规范整个动力电池梯次利用的整个过程，做好安全评估和建立健全的追溯体系。

2 动力电池梯次利用

车用动力电池的梯次利用为系列标准，共分为6个部分，已发布实施4个部分。其中第1部分余能检测，第2部分拆卸要求是梯次利用产品材料准备阶段的要求；第3部分梯次利用要求，第4部分梯次利用产品标识则是在这两项标准的基础上，规定了梯次利用实际操作的要求。其对应的标准为GB/ T34015.3-2021《车用动力电池回收利用 梯次利用 第3部分 梯次利用要求》[6]和GB/T 34015.4-2021《车用动力电池回收利用 梯次利用 第4部分：梯次利用产品标识》[7]，这两项标准制定的目的是指导梯次利用企业对退役电池开展可梯次利用的判断和规范梯次利用产品的标识。

GB/T 34015.3-2021《车用动力电池回收利用梯次利用 第3部分 梯次利用要求》中对梯次利用给出了具体的定义：车用动力电池退役后，整体或经过拆解、分类、检测、重组与装配等相关工艺，能够以电池包或模块或单体的形式再次应用到包括但不限于基站备电、储能、低速动力等相关目标领域的过程。该标准规定了车用动力电池梯次利用实际操作的要求，包括总体要求、外观及性能要求和梯次利用产品一般要求。

总体要求包含了对产品生产全生命周期的要求：产品生产前的信息获得和生产后的管理要求；梯次利用产品生产企业应承担梯次利用产品的售后、回收等相关责任；梯次利用产品报废后，应交由符合国家法律法规要求的再生利用企业进行回收处理，不应随意丢弃处理。另外对于梯次利用产品生产企业，要求必须对被利用电池充分溯源，并进行有效评估。基本信息检查与登记要求为电池原有生产信息、使用信息和基本参数的登记要求。这样就可以有效地建立起电池产品全生命周期的追溯系统。

外观及性能要求为进入梯次利用后的电池相关性能要求，包括外观要求、余能要求、循环寿命要求、安全性要求和其他性能要求等。该标准规定电池循环寿命的验证方法以及要求以供需双方协商的结果为准。关于电池循环寿命的判定方法的试验标准为GB/T 34015《车用动力电池回收利用梯次利用》系列标准的第6部分：剩余寿命评估规范。对于退役动力电池循环寿命的检测主要难点在于测试方法的高效、无损及低成本方面，目前国家标准有关电池的循环寿命的测试方法均为直接对电池进行完全的充放电循环，该类方法耗时长，对电池的损伤大，成本过高，不适用于梯次利用电池的循环寿命检测。所以在电池设计阶段，就应当考虑到后期循环寿命的测算问题，以便于降低电池后期的梯次利用成本，这一点可以考虑在GB/T 34015《车用动力电池回收利用梯次利用》系列标准的第5部分：可梯次利用设计指南中做出规范。

GB/T 34015.4-2021《车用动力电池回收利用梯次利用 第4部分：梯次利用产品标识》详细规定了梯次利用产品标识的样式、尺寸及位置。退役后的动力电池与新电池的性能差异较大，但在外观上难以区分，通过梯次利用环节生产的电池与新品电池相比，应该要有所不同，并且在产品上面要有明确的区分标识。通过标准对产品标识的规范，消费者可以清楚地获取电池的信息、状态及相关的责任单位，有利于产品的溯源追踪，对动力电池梯次利用产品的全程监管提供了标准化的依据。

3 结 语

GB/T 34015系列标准的发布实施，将使我国退役动力电池回收利用有章可循，逐步走上标准化、规范化的市场。已发布的4个标准循序渐进，提供了对退役电池的剩余容量进行判断的方法，开展可梯次利用性的判断依据，规范了梯次利用产品的标识，为车用动力电池梯次利用提供了层层递进的技术指导。但现有的标准还不能完全满足动力电池梯次利用的实际需求，亟需后续标准的补充和规范，从而完善整个标准体系。另外还需要加大标准实施力度，强化监督检查，同时不断加强梯次利用的科学研究和标准化队伍建设，提高该系列标准的修订质量，以适应不断发展的新能源市场，开创动力电池梯次利用的新局面。

参考文献

车用动力电池回收利用余能检测：GB/T 34015-2017[S].北京：中国标准出版社，2017.

电动汽车动力蓄电池性能要求及试验方法：GB/ T 314 8 6 -2015[S]. 北京：中国标准出版社，2015.

LIU R， CHEN J，et al. Preparation of LiFePO4/C CathodeMaterials via a Green Synthesis Route for Lithium-Ion BatteryApplications[J]. Materials， 2018，11（11）：2251.

LI X F， LIU J， et al. Atomic layer deposition of solid-stateelectrolyte coated cathode materials with superior high-voltagecycling behavior for lithium ion battery application[J]. Energy &Environmental Science， 2014，7（2）：768-778.

電动汽车动力蓄电池性能要求及试验方法：GB/ T 314 8 6 -2015[S].北京：中国标准出版社，2015.

车用动力电池回收利用 梯次利用 第3部分：梯次利用要求：GB/T 34015.3-2021[S].北京：中国标准出版社，2021.

车用动力电池回收利用 梯次利用 第4部分：梯次利用产品标识：GB/T 34015.4-2021[S].北京：中国标准出版社，2021.

作者简介

刘学文，本科，工程师，研究方向为计算机科学及产品质量检验检测技术。

何飞宇，本科，工程师，研究方向为机械设计制造及产品质量检验检测技术。

黄盈盈，本科，工程师，研究方向为电子信息工程技术及产品质量检验检测技术。

巴鑫，通信作者，博士研究生，高级工程师，研究方向为电化学储能及产品质量检验检测技术。

（责任编辑：袁文静）