在政策的引导下中国的新能源汽车市场不断壮大,随着电动汽车保有量的不断提升,我们也要面临一个严峻的考验:退役后的动力电池的回收。直接进行回收效益较低,特别是对于磷酸铁锂电池,直接回收的收益甚至无法覆盖成本,因此动力电池的梯次利用就成为了挖掘动力电池价值的有效方法。一般来说,我们认为锂离子电池的容量保持率降低到80%以下时就意味着电池寿命的终止,但是在实际使用中由于不同用户使用习惯不同,以及电池组内部衰降速度不同,所以最终我们得到的报废电池的剩余容量并不都是80%,还需要我们对这些电池进行筛选后采用进行梯次利用,这些都会增加电池梯次利用的成本。
淘汰电池的再利用成本分析
废旧电池再利用主要面临以下四个方面的问题:1)我们不知道电池的健康状态SoH,因此需要对电池的剩余容量等指标进行再测试,这将是一个非常耗费时间和资源的工作;2)缺少电池的使用记录,某些已经存在安全隐患的电池可能仍然被使用了一段时间;3)由于缺乏电池的基本信息,我们很难对电池在二次利用中的性能表现进行预测;4)我们对废弃电池的检测成本可能会高于全新电池的成本。
废旧锂离子电池再利用能否取得经济效益,关键在于其与新电池之间的成本比较,废旧电池再利用的成本主要集中在以下几个方面,首先我们需要对b个笔记本电池包进行拆解,平均耗时为tbmin/battery,获得n1个单体电池,然后我们还需要对这部分电池进行筛选,获得n2个有效电池,平均耗时t1min/cell,第三步是对初步筛选出的电池测量电压,选择电压大于Vmin的电池,获得n3个电池,第四步是对这部分电池进行容量测试,选择容量大于Cmin的电池,消耗时间为t3min/cell,最终获得n4个电池。
结果分析
试验中作者共对来自宏基、华硕、Dell、联想等公司的152个电池包进行了拆解,每个电池包有3-12个18650电池,共计拆出1034个电池,电池共计分为67中,容量从1.6Ah到3.1Ah,操作电压范围分别为2.5V-4.2V,以及3-4.35V。
首先作者进行了初步的外观筛选,22只电池表面有划痕,20只电池表面的塑料皮被烧毁,三只电池发生泄漏,因此共计剩余电池n2=989只。
第二步是对989只电池的电压进行测量,电压范围为-0.76V-4.23V,有差不多一半的电池的电压低于2.5V,因此有相当部分的电池可能存在过放的风险。
从上面的研究我们能够看出二次利用电池并非一定比新电池便宜,只有到筛选条件较为宽泛时才能够获得较低的成本,值得注意的是这里的计算中并没有包含废旧电池再次成组成本,以及再利用电池的销售成本,因此实际上锂离子电池梯次利用的成本可能会更高,加之近年来随着锂离子电池成本的快速降低,因此二次利用锂离子电池在经济上是否合适还需要进行认真的评估。
其次在锂离子电池二次利用中可能还面临一些列的风险,首先我们将剩余容量设定在70%以上时二次利用才具有经济价值,但是在70%-90%容量范围内锂离子电池发生非线性快速衰降的风险将大大增加,对后续的二次利用形成潜在风险。
当然锂离子电池梯次利用并非完全没有前景,例如我们通过开放BMS信息,我们仅选取哪些剩余容量在70%以上的电池,从而降低筛选的成本,有助于降低锂离子电池再利用的成本。