怎样提升动力电池再利用的效率

2019-05-15      580 次浏览

4月24-26日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月25日上午的“储能电池与技术应用(上)”专场,原国家863电动车重大专项动力电池测试中心主任王子冬在会上分享了主题报告《如何提升动力电池再利用的效率》,以下为演讲实录:


王子冬:大家上午好!我今天简单的跟大家分享一下关于储能提高动力电池的利用效率的事,我补充一下刚刚王总说的,不同材料体系的动力电池一定要找到自己最合适的定位,钛酸锂在轨道交通上替代镍氢电池是很好的想法、也是很好的案例,特别是在储能领域,情况下在环境恶劣条件下用钛酸锂比其它他电池更来得合适,就像铅酸电池在叉车领域中独霸天下一样,其实叉车领域未必要用锂电池,因为锂电池太轻了,那个领域中电池重点反而好,所以我觉得不同的电池一定要找到自己的定位。


我今天跟大家讲一下动力电池如何提升它的效率?主要是使用效率,不是充放电效率。


四个问题跟大家分享:


第一,动力电池发展。


简单过一下来,这是去年的情况,今年开门红会也挺好,但是大家知道最近出了不少事,出的事情也让大家挺头疼,我最近这两天也因为这些事在忙活他们的事。在储能这件事情上我们主要还考虑的是能源安全问题,希望在座的大家都要去理解这个事情,我们国家整体个的发展一定要考虑能源安全,我们有这么多的石油要进口,但是并不代表石油在世界上是紧缺的,实际上是因为运输通道问题,我们自己的不产能不足,所以我们很担心这个问题。


最近大家也看到了,电网也好、整个电力系统也好,都在改革,将来储能领域会有很大的发展,但是大家不要理解为储能就是锂电池的事情,实际上全世界现在真正用电化学储能的市场份额占的全世界大概在2%—2.4%,这里面其中有一大部分是锂电池,但是只占1.4%点几,不要一提储能就一定想到的是锂电池,电池只是其中一种方法。


但是现在我们在新能源风、光发电系统当中,好像一定要储能,但是我们回顾看一下欧洲十年的新能源发展历程,欧洲有些国家,特别像特别德国,他平均每天最高负荷时候新能源的供电能力已经超过了50%,这是一个非常非常料不起的数字。你看我们国家,(我们国家大概最高峰的时候新能源不到6.5%),他居然达到50%以上,但是他并没有配去做储能系统。,不是说有了这个新能源风、光发电系统一定要储能,为什么?他德国的风光发电系统离城市和离用户很近,所以不需要储,发了马上用掉。,我们的新能源风、光发电系统是安装在很偏僻的地方,那个地方根本用电量不大掉,然后新能源风、光发电系统又存在波动,所以需要储能系统。实际实践中如果系统配置设计的合理情况下,我跟大家讲,波动这个事情问题并不大,一个风机是有波动的,一万个风机实际波动并不那么大了,因为风是穿堂走的,所以我们要去综合考虑这个储能系统匹配的事情。


刚才我也说了,实际钛酸锂电池干这件事比较合适,钛酸锂电池还可以去做调频,我们十年多的研究后发现,不管锂电池做的怎么好,如果晚上吸低谷电点、白天再高价把电卖出去,这个方式当中是没有盈利的商业模式的,一定是储能和调频两个结合起来才有可能盈利,否则是不盈利的。


经过了20年的探索,我从2000年开始做动力电池测试中心的主任,那个时候李丽教授还是学生、还没有毕业呢,一晃20年过去了,在这个我们过程中我们应用过了很多种结构的动力电池,最后归类下来这几种电池可能对未来的储能也好、未来的动力也好,以及梯次利用和回收可能会更合适方便。大家注意,这里面没有小型卷绕电池,很多人说,主任,你怎么老是攻击说小型卷绕电池不好,其实不是我老说小型攻击卷绕电池不好,是因为它有它自身的一些难以克服的问题,我们现在越来越难以总结接受,特别是这次上海4月21号的电动汽车着火事故情,按道理我们有些人常说小型卷绕电池是很安全的,一个电池出问题是不会带来别的电池出问题的,但是大家看那个视频,2秒钟车就炸了,就是发现烟出来2秒钟后车就炸了,这个速度极快。所以再次打破人们对动力电池的理解,不是电池变小就安全,如果是这样的话就不会出这个问题了。


动力电池我们一定要解决回收再利用问题。前面刚才姜总也提到了,包括王总也都提到了,我们去看这个东西,实际上我们现在可以选的这个电池,这是一个很老的一张图,但是到今天我们还很难突破这件事情,可以选择的各种材料体系,这里面各种电化学都搁在里头了。


现在来看,如果作为在电动汽车追求能量密度情况下,可能锂离子电池是最核心的问题,如果追求高倍率充放电、高功率密度的情况下未必是锂离子电池,也有其他的更合适的。但是我们今天已知的,(前边我讲了),电化学的这些体系当中都存在着这样和那样的不足,所以限制了它的应用。同时,我们也不要想象某一种新材料一出来东西就能够替代所有现在正在应用的材料体系,一定是去做细分市场。我刚才说的就是钛酸锂电池,一定有它自己独到的细分市场,在那个领域当中他将成为王,但是你不要去说钛酸锂电池可以用到我跟所有的车上,我去上如乘用车,那个最好不要去碰,那个领域不适合钛酸锂电池。


我们一直在谈到这个回收问题,我也多次跟大家说过。,这是一个成本分析表,实际我们现在大部分人在谈梯次利用的时候,我们是想象的把电动车用过的动力电池拿下来,认为还有剩余利用的价值。我们光看到了它有剩余价值,我们没有看到你要提取这个剩余价值将要付出多少成本?,到现在是没有数的。这里面有几个方面,电池拿回来你是不是要整理?电池拿回来你是不是要做安全性评价?这里面有一个很重要的点,刚才王总她他们也说了,他们的钛酸锂电池可以做到说1万次循环寿命,我他们可以做到1万次、2万次、甚至3万次,我们不生成SEI膜已经是很不错的事情了。,目前的三元材料的动力电池也好、储能用电池也好,容量动力下降、性能下降,锂跑哪儿去了?,大家仔细去想一下,否则应该是永动机,一个离子过去、应该一个离子回来,为什么没有都回来?,没有回来的锂离子上哪儿了?,所以对于梯次利用的时候就存在了安全评价的问题。我们今天没有人能够准确地评价这件事,我做了近20年测试中心主任,我们也孜孜不倦的在努力想办法找到快速评价的方法。但是我跟大家讲,两个事情我们没有解决掉。第一,动力电池的衰减原因是为什么?第二,每一次安全事故的什么原因是什么?最近出了几档事情很多人都在说,热失控,实际上我跟大家讲,是蒙你们外行的,热失控是一个现象,热失控不是结果,热失控了,就是我这个温度控制不住了,是一个现象,结果有些人把这个热失控当作一个原因去说,就跟我们前些年说碳纳米管一样,纳米是一个尺寸,不代表什么东西,一说纳米管我们好像成了一个新心东西了,不是的。,同样,热失控大家记住是一个现象。现在我们没有找到锂电池产生热失控的准确原因,谁都会说什么内短路了、磕碰了,但是我们去处理事故的时候发现,既没有短路、也没有磕碰,就出事了。这次大家看到的事故车就停在那儿,什么也没有做了,。蔚来那个车也停在那儿了,九龙那个车也停在楼底下车库充电着的火,。用户还在想昨天充电没着火、今天充电怎么就着火了呢?,如果充电着火为什么不每次就着火呢。我们处理一个批次的事故车,2千台,发现其中有50公里就着火的,有3000公里力救就着火的,是什么原因?最后大家都说有这样和那样的可能性,所以我跟大家讲,安全的问题产生的原因我们还没有找到答案。


这是成本下降,大家看一下,这是一个很高兴的事情,但是又是很可悲的事情,电池企业还没挣钱呢,就被把整车企业、包括储能用户盘剥,逼着说要求降价,它没有继续去做提高产品性能的动力。,我刚才讲了,这两个问题(安全性和可靠性)都还没法解决的情况下,发生问题的机理都没研究透的情况下,我们就盲目的在降价,这会带来了一系列的问题。


再说一下资源的问题,实际我们现在为什么要回收废旧动力电池?,是因为我们遇到了资源紧缺方面很大的挑战。


梯次利用,我们虽然有这么多的领域可以用,但是大家一定要注意我刚才讲的那个,你怎么在这个领域当中注重安全?。大家去看,韩国挨着我们很近,看到中国在大力玩命的上电动车,他也在想我弄什么?,一看中国大型储能电站应用上的慢,我韩国就先上储能吧。实际韩国的大型储能系统就跟我们的政府补贴一样,银行补贴70%的资金,如果这个储能电站花1亿他补7千万,所有的人都疯狂了,我们电动车都没补这么多,我们那个是70%,当时提的就是我们补贴不能超过电动汽车售价的70%,他的银行给70%,结果去年21起储能电站着火,今天早上我的朋友还给我发韩国有关部门发的通知,全部叫停,暂时不让干了,出了事受得了嘛,这个教训大家一定要注意。


环境的问题,北理工是专门研究环境的,他们原来叫环境学院,实际上我们锂电池在环境友好型方面遇到了问题,大家去看这个图显示的问题。我们现在所谓的需要去甭管的是钴也好、镍也好、锂也好,你去看都会存在这些问题,我们现在用的时候好像没有污染事,但是开采过程呢?。现代的文明人应该有一种自觉的文明,所谓你是文明有一种自觉,内心的自觉,不能我们这一代人在使用的时候你没有污染,你就不去管前端、你不去管后端,我们的前端留给其他地区的人们带来了灾难,我们的后端将给我们的子孙后代带来灾难,我们不能干这种事。最近很多专家在跟我讲,电动车现在我们发现跑500公里的车既不节能、又不减排,能耗太高了,背着那么重的电池组东西跑你想想能节能减排嘛?,只是使用过程当中你没有排放污染物,但这不代表没有污染,发电端呢?能耗高呢?


不可持续,我们一再探讨这个事情,中资公司专门给国务院写了一个报告,因为去年开的人大的时候有代表提出来了,说很多的院士提出来锂电池有不可持续的问题,就专门组织了很多的专家写了一个报告,我们最后就给了这个意见,我们一定要找到资源可持续性发展的支撑,我们现在用三元实际是支撑不住的,不知道王总他们的钛酸锂电池正极用的是什么?,是不是也是三元材料?,如果是就有问题,不可持续的问题。看现在世界上大家都在钴玩命的降,降低钴的含量,、提高镍的含量,安全性怎么解决?我们是在冒风险。所以我劝大家,还是要冷静下来,找合适的东西,不要那么着急的说我现在一定要提高能量密度怎么怎么样,特别是新能源补贴取消之后是不是还要做500公里这种车?,大家去想一下。总而言之,这会给环境带来了很大的污染。


今天在这里我还没多说别的,实际我们在电动车使用的过程当中、在救火的过程当中还是有很多电解液漏出来,这个电解液在灭火的过程当中是遇到水之后会产生一种有害物质,随意的流到河里土壤里,对自然环境又会造成了二次伤害,我们现在说的是我污染可控的是在回收环节我们可以控制这个电解液的污染,出事了你怎么控制?。所以你们记住,据说曾经有特斯拉,有的专家就说过这样一句话,如果你发现特斯拉着火了,不要去救,你就让它全部烧光是最好的。你们去分析这个道理为什么,人类对这个灾难,见到火灾的难第一印象就是要扑救的,但是锂电池扑救的时候就出了问题,你把它烧光了其实反而有害物质污染小没事,不烧光有问题,我们就遇到了很多困难。


梯次利用的价值理论上是存在的,我跟姜总(铁塔公司)也说过,我们只是理论上一定存在这个可能性,但是价值在哪儿?,实际上很多的专家大家都不傻,大家去算账,拿这个算盘一笔划就出来了,经济性在哪里?找不到。我们设计的时候没有扩充分考虑回收的梯次利用的方便性,造成了我们回收的时候付出了更多的成本,比买新的还高,没有商业意义,特别是三元电池第二次成组率有多少?,50%?、70%?、还是多少?有的告诉说不能拆,你怎么用弄?。这些全世界对标的电池,很牛的,都没法方便拆开。这里面有特斯拉的,所以网上有一种说法“暴力拆解特斯拉电池组”,真要是回收拆的时候采用暴力爆发得给多少钱啊?。这些也都是很好的电池组,怎么拆?都没法拆。谁有办法拆它?设计的时候考虑要方便拆了吗?这是我们国内自己做的,也不方便拆解,需要各方面联动来解决这个问题。


我觉得铁塔公司做的工作很好、储能做的工作也很好,最好能够从铁塔公司和储能应用的角度来要求你动力电池怎么做,这是我们储能客户他的一种应用模式,他可以反过来提这种要求,大家看储能这个堆比我们电动车大的多得多,以谁为主?如果以储能为主,电动车就是为辅,你就得接受我储能系统的标准,电池首先考虑我储能应用方便,而不是考虑电动车方便,怎么去做?。这个事情跟我们现在的做法完全不一样,这个是久远车,我们最近也发现有用柴油做救援的,污染更重。


这是个难题,大家注意,应用的循环体系是一个难题,要多级利用,多级利用和梯次利用是两个不同的概念,梯次利用就是动力电池在电动汽车上不能用下来了,你得找个地方接着用叫梯次利用,多级利用是主动的防范,就是在动力电池开始我设计的时候,就考虑这个电池有五六种应用场景,都对电池什么要求?,我怎么做才能统一让大家求得一个共同的追求?,我们就像公约数似的,数学,5、7、8、9都要用,最大公约数是多少,大家都合适的一个点,不能光一个点合适,讲的是这个,非常重要,我们现在有这么几个难题希望大家也注意,我们现在有很多还没有解决,也没有想明白的事情,可是我们现在就这样大面积推开应用了。


标准的问题,好多人跟我提你们是定标准的,标准的问题,实际跟大家讲,标准怎么定,今天早上他们跟我讲,储能标准怎么定,储能跟我们动力电池不一样,动力电池是我坐在那儿等着它过来,储能集装箱不可能搬到我们哪儿去做实验,我就得变成我去他那儿,怎么去?设备怎么样,都要去研究的事情。储能有一个进入的阶段,还有一个使用的阶段,还有一个不断监控的阶段,是不一样的。我们也提到了一些应对的方法做一些探讨,希望大家引起注意。


评价标准,动力电池的评价标准制定很重要,到底我们应该怎么去判定这些东西?,包括很多人告诉你,回收的时候我把它烧了、把它粉碎了,不会有污染,你们仔细想一想,活法和湿法怎么会没有污染呢?,粉碎的时候能耗是不是浪费的?电解液去哪儿了?处理材料的溶液去哪儿了?。所以我们回收中遇到的好多事情,这些相关的标准的问题到底该怎么做?。


政策的激励,我们遇到最大的问题就是政策激励的不稳定,今天这么着、明天那么着,其实我们能量密度跟补贴挂钩,刺激了大家往高能量密度上去走,在没有保证安全的情况下,过多的追求了这个能量密度必然带来了这些恶果,所以我们要反思。我希望这个社会科技进步应该允许百家争鸣,什么叫百家争鸣?我们更多的强调的是百花齐放,但是我们很少有百家争鸣。我们现在有反对声音吗?说你这个事情质疑一下,这是一个某某院士干的事情,谁也不敢说了,这是一个大科学家说的事情,谁也不敢质疑了,弄的孩子上学也是不敢质疑,把错误的东西就延续下去,这是一个很不好的事情。


什么叫科学家?就是提疑问,为什么会这样?,为什么不能不是这样呢?但是我们现在有多少人愿意提问题,你们在座的有多少人敢去违背领导的意愿,科学家就是应该提出质疑才能进步。


储能系统要有一些特点,希望大家要注意,我们跟国网一块做了很多这方面的研究,发现了一些问题,特别是包括动力电池回收的问题,怎么能够采用高速分解,分解完了还不污染环境、减少能耗,我们提出了叫做材料修复,大家注意材料修复,可以重复利用的材料,不是提取里边的钴和镍。


一体化设计,我曾经跟很多企业在说过这个理念,我们动力电池这个事情在没有不解决四个一体化的时候,我们盲目的拿着电池,你说主任,问我这个电池能用哪儿?这是不对的,一定要问你的客户需求是什么?,他有什么样的想法?一定要跟客户共同开发的。我昨天来之前接待俄罗斯电动汽车制造方面的客人,就在讨论在高寒地区动力电池应该怎么做?。刚才王总说的这个,高寒地区就有一个低温充电的问题,目前液态的锂离子电池,除了钛酸锂电池可以在低温下充电,其他都不能充,很可能在高寒地方可能就适合于用这种钛酸锂电池,所以这叫一体化设计,要跟使用场景配合,我们现在设计一个车希望在东北也能跑、海南岛也能跑,这是不行的,目前还做不到这种程度情况,所以大家一定要注意一体化的设计。同样用户,储能用户、电动车用户,各种用户,也要了解电池,你要找到最合适你的电池的那个结构,也要适合于大规模自动化生产方式,同时还可以回收,方便回收,这几个一定是联系起来去考虑,不是你系混做成什么样子的电池你就去说我要电池往哪儿去,不是这么回事,大家要注意。


这是刚才我说的目前所有人在用的这些回收处理的方式,实际有一些问题。


问题,现在是遇到了这些问题,我们怎么去解决这些问题?刚才说的钴的问题和镍的问题,是因为钴和镍的涨价,才有人想去他就拼命的回收,如果不是这样的,否则未必是这样的。


刚才在下面我跟王总在算经济账,所有的电池产品是要倒算的,到底你应该多少钱,最后拿掏钱的人都会算账,比你还精,里企业一定要学会算账。所以我们应该做什么?结论是做价格高、性能好的电池。

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