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国内动力电池回收利用摆上议事日程,看丰田怎么做。
经过近10年的推广应用,国内新能源汽车保有量达到了一定的规模,批车上的动力电池即将步入寿命末期,对这一批电池以及后续动力电池的回收利用已经摆上了议事日程,而且可谓刻不容缓。
中国从2009年开始推广新能源汽车,截至2017年底累计推广近180万辆。推广分三步走,目前已完成前两个阶段:2009-2012年为阶段,推广量为2.7万辆;2013-2015年为第二阶段,推广量为42.3万辆。2016-2020年为第三阶段,按照规划,2020年底要实现累计推广新能源汽车500万辆。新能源汽车在中国的可持续长期发展,有赖于对动力电池这个关键单元全生命周期的妥善处理。
工信部联合科技部、环保部等七部委发布了《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》。日前,又印发了《新能源汽车动力蓄电池回收利用试点实施方案》,在京津冀、长三角、珠三角、中部区域等选择部分地区开展试点工作,试点内容包括:
构建回收利用体系:怎么收回来合适
探索多样化商业模式:怎么补偿消费者和各个环节
推动先进技术创新与应用:怎么处理更,实现资源循环利用
建立完善政策激励机制等:怎么在各个层面实现经济效益
相关的目标是到2020年,建立完善动力蓄电池回收利用体系,探索形成动力蓄电池回收利用创新商业合作模式。建设若干再生利用示范生产线,建设一批退役动力蓄电池回收、高值利用的先进示范项目,培育一批动力蓄电池回收利用标杆企业,研发推广一批动力蓄电池回收利用关键技术,发布一批动力蓄电池回收利用相关技术标准,研究提出促进动力蓄电池回收利用的政策措施。
图1电池回收核心难点——怎么收电池细思其中,有这样几个核心问题:
汽车企业的回收量基数如果不大,就存在回收网络效率和回收量处理能力问题
电池的产权为私人或者购买者所有,如何推动回收率是个大问题。
按照目前这个分散的体系,每个车企的电动汽车保有量并不大,回收量因此也不大,要这些车企都对动力电池的全生命周期进行管理,投入产出比不划算。
动力电池的回收利用在国内还是新事物,在建立完善相关体系的过程中,国外的经验补发可借鉴之处。我们以在动力电池回收领域已经建立了一套完整完善的模式的丰田为例。
丰田在混合动力汽车领域耕耘已久,虽然与电动汽车的电池相比,HEV的电池比较小(1Kwh),但是丰田HEV在全球的累计销量和保有量相当大,丰田的镍氢电池回收和处理策略值得作为借鉴基准。目前丰田混合动力汽车的年销量大约在150万辆左右,其中美国的销售区间为25~30万辆、欧洲为30~40万辆,日本本土稳定在65万辆。累计销量方面,丰田HEV在2007年突破了100万辆,2010年超过了1000万辆。
图2丰田全球年销量走势(单位:千辆)相应地,丰田HEV的电池也经历了梯次报废的阶段,相应地,丰田在电池的回收利用方面做了很好的应对,相关工作的时间轴如下:
1998年,累计销量达到1.86万辆,启动废旧镍氢电池回收计划
2009年,累计销量达到225.7万辆,在全球范围内销售混合动力车辆的建立回收指导
2010年,延长电池回收协议,在有条件的地区确保回收
2012年,进行电机稀土材料的回收
2013年,尝试镍氢电池梯次利用
图3丰田混合动力汽车全球累计销量(单位:千辆)丰田在不同地区执行的政策并不相同,回收都是从销量较大、实施较易的地区开始,先回收,实现有效储存,然后达到一定量之后再进行处理利用。
总结一下,丰田的整个电池回收利用从以下流程展开:
1、建立回收网络
日本本土是丰田的废旧电池处理中心,对回收电池进行集中处理。丰田电池回收网络的发力点是在经销商网络。
首先发布每辆混动车辆的应急处理策略
通过零售网络对废旧电池进行回收
通过“以旧换新”方式从经销商处回收旧电池
这里需要说明一点,由于混合动力技术的演进,使得其电池系统的重量和性得到一定的保证,在经销商那里堆废旧电池问题不大。如果是大的锂电系统,并且还是废旧的替换产品,那么势必大幅增加相关存储的难度和成本,不同性质的锂电放置在一起对于消防、存储和运输都有很大的差异性。所以这一点,对于纯电动汽车的锂电池而言,不具备可借鉴性。
图4丰田的电池回收处理流程2.对回收电池进行评估
回收以后需要对电池进行评估:
对达到使用寿命需要退役的电池,通过丰田电池回收中心来进行退役电池的統一收集,建立了完善的电池收集网络。对收集到的退役电池,通过对电池特性的诊断,分为三类进行处理:
1)进入维修体系:对电池进行充放电试验和相关信息的读取,如电池整体状况良好,只是个别单体到达使用寿命,则对这些单体更换后重新组装电池包,可以作为置换电池重新应用于普锐斯汽车上。
2)梯次利用:通过检测,如果回收电池还剩余规定容量,则可以进行梯次利用,应用于分布式储能电池系统,用来平抑、稳定风能、太阳能等间歇式可再生能量发电的输出功率;或者应用于微电网,实施削峰填谷,减轻用电负荷供需矛盾。
3)拆解:对于完全丧失再利用价值的电池,则对电池进行拆解和化学处理,完全回收镍、钴等金属,用于生产新的电池,实现循环利用。
图5检测到底做了哪些实验,还是采用历史数据来分析,需要评估费用3.电池的拆解处理
2011年,丰田在日本与住友金属合作,实现镍的多次利用,能够回收电池组中50%的镍。丰田化学工程和住友金属矿山为此配置了每年可回收相当于1万辆混合动力车电池用量的专用生产线。
2012年,本田与日本重化学工业公司合作配置了类似的生产线,这条生产线可以回收超过80%的稀土金属,用于制造新镍氢电池。
在欧洲,丰田同时保持着与SNAM公司(法国)、优美科(Umicore)集团(比利时)的合作关系,由后两者分别对镍氢电池和锂电池进行回收。这个涉及到一定的量能和使用率,在电池系统到模组再到电芯的拆解过程中,很多的工作需要去完善。图6拆解同一规格和不同规格电池的处理方式有差异
下面是细节的处理方法,后续研报再来详细介绍。
图7丰田的电池再处理循环体系4、梯次利用
镍氢电池回收后的梯次利用丰田也做了一些尝试。
2015年,丰田将凯美瑞混合动力车的废旧电池用于黄石公园设施储能供电,重新设计了储能电池管理系统,208个凯美瑞电池可存储85KWh电能,将电池的使用寿命延长了两倍。
图8整包做梯次,在小电池系统上,HEV/PHEV是必然的
反观国内新能源汽车动力电池的回收利用,一方面,国内车企和车型太多了,简单的把回收的责任全部交给一家家车企来完成,恐怕不太现实,相关的信息跟踪会产生非常多的数据,对这些数据的有效把控颇有挑战性;另一方面,大的锂电池系统,接近寿命结束周期后有很多的状态,如果没有数据支持,出现漏液和锂晶枝内部生成,与镍氢电池的容量和危险性不同,不容易就地储存,如果把责任分担给各自的网络、各自处理,一是没效率,二是会产生新的混乱。
图9信息跟踪在电池回收中能起到多大的作用?值得思考!

在LiFePO4的晶体结构中,氧原子呈六方紧密堆积排列。PO43-四面体和FeO6八面体构成晶体的空间骨架,Li和Fe占据八面体空隙,而P占据四面体空隙,其中Fe占据八面体的共角位置,Li占据八面体的共边位置。FeO6八面体在晶体的bc面上相互连接,b轴方向上的LiO6八面体结构相互连接成链状结构。1个FeO6八面体与2个LiO6八面体和1个PO43-四面体共棱。 [3]
由于FeO6共边八面体网络不连续,致使不能形成电子导电;同时,PO43-四面体限制了晶格的体积变化,影响了Li+的脱嵌和电子扩散,导致LiFePO4正极材料电子导电率和离子扩散效率极低。 [3]
LiFePO4电池回收的理论比容量较高(约为170mAh/g),放电平台是3.4V。Li+在正负两极之间往返脱-嵌实现充放电,充电时发生氧化反应,Li+从正极迁出,经电解液嵌入负极,铁从Fe2+变成Fe3+,发生氧化反应。 [3]
电池结构特点编辑 播报
磷酸铁锂电池左边是橄榄石结构的LiFePO4材料构成的正极,由铝箔与电池正极连接。右边是由碳(石墨)组成的电池负极,由铜箔与电池的负极连接。中间是聚合物的隔膜,它把正极与负极隔开,锂离子可以通过隔膜而电子不能通过隔膜。电池内部充有电解质,电池由金属外壳密闭封装。 [2]

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而且即便同一个品牌同一批次,每一块电池到退役后的状况都不尽相同,这为其再利用增加了难度。
电池回收资源化再利用技术相对成熟,但评估标准和体系的缺失导致了定价机制不健全。同时贵金属提取过程中的污染治理、 提取率等要求,都需要成熟的技术及设备来处理,但这样一来意味着付出更高的成本。
而那些白名单之外的“小作坊”,由于处在有效监管之外,他们没有这方面的成本和负担。因此,市场上常常发生正规回收企业竞争不过小作坊的现象,大量退役电池流向了出价更高的非正规回收渠道。
对于梯次利用中存在的难题,有业内人士建议车企与回收企业签署知识产权保密协议,或者建立联合运营模式,开放出一些数据方便回收企业更快速的甄别退役电池的生命周期、电池性能等各方面信息,降低梯次利用成本。
免维护型铅酸蓄电池:免维护蓄电池由于自身结构上的优势,电解液的消耗量非常小,在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。市场上的免维护蓄电池也有两种: 种在购买时一次性加电解液以后使用中不需要维护(添加补充液);另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死,用户根本就不能加补充液。
电池回收
两种维护保养方法
蓄电池使用超过2年后,容量及放电能力将会下降。一般蓄电池寿命不会超过6年。当然了,保养良好的蓄电池的寿命会更长。一起了解一下加水型铅酸电池和免维护型铅酸电池的保养方法。
免维护型铅酸蓄电池
注重:定期检查魔眼并保持电量充足。
由于免维护型电池没有加水孔以及电池液液位刻度。我们需通过电池上的“魔眼”来判断蓄电池的状态。魔眼为绿色表示电池正
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