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摘要:近年來,隨著新能源汽車的廣泛使用,如何處理報廢動力電池越發受到人們的重視,在保護環境和減小污染同時擁有更好的經濟效益成為動力電池回收行業探索的主要方向。目前對于報廢動力電池的處理方法主要有兩條技術路線,一是對電池進行拆解提取貴金屬等物質,二是進行退役動力電池的梯次利用,兩種技術路線之間也有一定的聯系,在動力電池梯次利用之后還是需要拆解回收,可以理解為動力電池的拆解回收是最終結果,梯次利用是一個提高電池利用率的過渡階段。
目前,動力電池拆解回收已經形成了一定的產業化規模,贛州豪鵬、邦普循環、華友鈷業及格林美等企業已經建立了相關生產線并投產。而動力電池的梯次利用行業目前還是處于初步階段,應用也多以示范性工程為主,阻礙其大規模商業化發展的原因除了當前市場規模較小、政策不完善、技術較為落后外,主要還是梯次利用過程中關鍵步驟流程化的缺失和不足。目前,梯次利用的關鍵步驟主要有動力電池拆解、性能檢測、電池修復及產品重組等,每一部分都對電池梯次利產品的效果有很大的影響。
車輛實現動力電池的快速分離 建設柔性化拆解流水線
梯次利用首先要進行的是動力電池的選型,并非所有的動力電池都適合梯次利用。三元動力電池由于含有較多的稀有金屬,通過拆解提取其中的鋰、鈷、鎳、錳等材料,能實現每噸大約4.29萬元的經濟收益。而磷酸鐵鋰電池通過報廢拆解僅能夠實現每噸大約0.93萬元的經濟收益,難以覆蓋其回收成本,因此磷酸鐵鋰動力電池更適合梯次利用。
從新能源汽車拆卸動力電池的前提要保證車輛的完整性,一般磷酸鐵鋰動力電池的使用年限是4-6年,而車輛的正常使用年限遠高于此,所以在從新能源汽車上拆卸動力電池時不能破壞車輛的整體結構,要保證車輛的正常使用。北汽新能源就推出“換電”模式新車型EU快換版,動力電池的拆卸更換最快只需要2分46秒,這也有利于動力電池的梯次利用。
從電動車上拆下的電池包還需要進一步的拆解獲得電池模塊或者電芯,由于電芯之間一般以焊接方式相連,如要拆解到電芯,極易造成安全問題或電芯損傷甚至報廢,難以確保無損拆解,而電池模組之間是軟性連接設計,因此對電池包拆解一般建議只拆到模組。電池包一般有幾百伏的高壓,拆解前須做好放電處理。針對不同車型的 PACK 在結構設計、模組連接方式以及工藝技術等方面的差異,要注意在拆解中進行柔性化配置,在拆解后,要做好分類、標識、存放、信息錄入和追溯管理等。
目前我國動力電池拆解流水線的的建設還不完善,拆解完整率不高且適應性較差。未來需要建設柔性化動力電池拆解流水線,可以適應多種類型的動力電池拆解,做到一條流水線可以拆解方形電池、圓柱電池、軟包電池甚至柔性電池等,實現拆解智能化,提高效率的同時也降低了拆解成本。還應當加強對動力電池無損拆解的研發,不斷降低電池包、電池模組拆解及電芯分離的損壞率,提高報廢動力電池的使用率和梯次利用的經濟價值。
檢測技術存在瓶頸 需要建立動力電池大數據監控系統及評估模型
退役的動力電池往往在性能和安全上有一定的缺陷,存在漏液、短路、殼體變形、極柱腐蝕、一致性較差等問題,這些殘次電池對梯次利用有很大的影響,這就需要在梯次利用之前進行電池篩選和綜合性能評估,這也是保持梯次利用產品安全性和可靠性的有效途徑。檢測內容主要包括電芯或模組的外殼完好性、電芯剩余容量、剩余使用壽命、內阻變化情況、電壓差等指標。目前,梯次利用企業應用較多的診斷檢測方法主要針對單體電池,動力電池模組和系統直接診斷的難度較大。
常規方法主要是直接對其外觀和電化學性能進行測試和評估,使用納米 CT技術可對電芯內部三維結構進行定性及定量分析,建立電池的電化學模型,并通過電池的外部電化學參數來分析電池內部性能狀態;還有一些新興技術,如接觸式的超聲無損檢測技術,可通過超聲信號與電化學性能的關聯或者直接掃描,實現對電芯荷電狀態(SOC)和健康狀態(SOH)的快速高精度實時檢測或監測;梯次利用行業對電池模組的檢測技術要求較高,要求在不破壞電池模組的情況下,檢測到模塊內部的完整情況,同時檢測出電池是否有鋰枝晶生長,預警可能導致“死鋰”和電池短路等風險,目前尚無這種成熟的技術和裝備,這也是梯次利用行業未來需要解決的一個重點難題。
針對梯次利用在動力電池的監測評估方面,企業應該建立基于動力電池生命周期監控的大數據信息技術,建立監控平臺對電池的的生命周期和各項指標進行實時的監控、記錄、分析,預計動力電池的退役期限,提供數據支撐來推測動力電池的性能情況,為動力電池梯次利用檢測提供有力保障,提高產品的檢測效率及檢測準確性。同時還應該建立動力電池壽命預估和檢測模型,結合動力電池系統生命周期監控的該電池歷史運行數據,進行快速精準的預估和檢測。
結語
隨著第一批新能源汽車陸續進入“退役階段”,動力電池將迎來一波報廢潮,針對報廢動力電池的梯次利用也成為人們關注的熱點。我國動力電池梯次利用還處于起步階段,產業鏈不完善、技術較為落后且流程化能力不足,面對潛能巨大的梯次利用市場我國企業要想搶占到更多的“蛋糕”,需要在產業連關鍵步驟上取得突破,要實現報廢動力電池的快速拆解,搭建柔性化拆解產業鏈。針對動力電池的壽命預估和性能檢測要建立動力電池大數據監控系統及評估模型,實現報廢動力電池的快速精準選擇,只有提高梯次利用關鍵生產步驟的技術水平和工作效率才能促進行業的長遠發展。
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