鉅大LARGE | 點擊量：1810次 | 2021年11月08日
動力鋰電池梯次利用技術(shù)：難點及解決方法
從技術(shù)角度來看，梯次利用技術(shù)的核心要求是保證目標(biāo)產(chǎn)品的品質(zhì)和安全。具體而言，一是來料的品質(zhì)安全控制，二是目標(biāo)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程控制，還有目標(biāo)產(chǎn)品的控制和設(shè)計。
如何控制退役電池的品質(zhì)和安全？我認(rèn)為，首先要建立大數(shù)據(jù)追溯系統(tǒng)平臺。該平臺包括三套系統(tǒng)，分別是電芯研發(fā)生產(chǎn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)、電池包研發(fā)生產(chǎn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)、電池包車載運行監(jiān)控數(shù)據(jù)系統(tǒng)。三套系統(tǒng)對退役電池進(jìn)行系統(tǒng)分析，以此獲得能否進(jìn)入梯次利用市場的大數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括設(shè)計信息、性能數(shù)據(jù)安全、來料檢測等。
電芯研發(fā)生產(chǎn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)包括初步檢測數(shù)據(jù)和深層過程控制數(shù)據(jù)。在初步檢測數(shù)據(jù)方面，每一個電芯都有唯一代碼，通過代碼可以找到初始的設(shè)計信息和生產(chǎn)信息。模組信息包括所有的梯次列表，從這里能夠查出電芯在裝配過程中具備什么參數(shù)。
與此同時，電池包車載運行監(jiān)控數(shù)據(jù)系統(tǒng)也至關(guān)重要，監(jiān)控電池包在實際使用過程中的數(shù)據(jù)及運行狀態(tài)。這些數(shù)據(jù)，除了幫助電池公司做好監(jiān)控預(yù)警之外，對公司能否開展梯次利用業(yè)務(wù)非常有意義。
除了建立三套系統(tǒng)之外，有關(guān)梯次利用技術(shù)來講，還有檢測技術(shù)要求。寧德時代針對退役電池包進(jìn)行健康指數(shù)評價，包括電芯評估、電池包電性能檢測、電池包的可靠性檢測、電池包/模組外觀檢測。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
通常情況下，電芯的性能評估分為壽命評估、安全性評估和可靠性評估，包括電池包的可靠性、電池包連接件可靠性以及管理系統(tǒng)硬件的可靠性等。電池包電性能檢測能夠排除安全隱患。此外，直流內(nèi)阻的變化、電壓差的變化以及電池包外形的變化等，都在健康指數(shù)的評估內(nèi)容中。其中，從電池包的外形來看，在車載過程中難免會發(fā)生意外，比如車禍、內(nèi)澇，都會引起一系列外部構(gòu)件的變化，因此電池包外形變化也要評估。
有關(guān)新的檢測技術(shù)來說，重要是排除安全隱患。從電池角度來看，電池處于什么狀態(tài)最危險，如何在不要打開電池的情況下檢測是否出現(xiàn)鋰枝晶的沉積？寧德時代開發(fā)了一項檢測技術(shù)，通過對電池的負(fù)反應(yīng)來判定它是否出現(xiàn)了鋰枝晶的沉積。假如電池包退役后，公司無法判斷電池是否經(jīng)歷了惡劣環(huán)境，或者在某充電情況下已經(jīng)超出可承受的范圍，這時就有可能把安全隱患留給下一階段。所以，這項檢測技術(shù)首先要確保安全隱患不會遺留到下一階段。
值得注意的是，包括塑膠件、正負(fù)極保護(hù)蓋、模組機械連接件、線束隔離板、絕緣膜等都要評估。這些零部件假如不進(jìn)行評估，那么它們經(jīng)歷了環(huán)境沖擊、車載振動等情況，則將帶來不可預(yù)測的結(jié)果。所以，在篩選梯次利用產(chǎn)品時，公司要格外謹(jǐn)慎。
當(dāng)前，磷酸鐵鋰離子電池在市場上的應(yīng)用量較大，并且率先退役的電池也是磷酸鐵鋰離子電池。寧德時代已經(jīng)分別在25℃、45℃、60℃的溫度下進(jìn)行實驗，測試電池的使用壽命。
經(jīng)過實驗測試，在常溫下，電池使用至80%，利用頻次為2800~3000次左右，最大限度可達(dá)到5000~6000次；溫度在45℃的情況下，一般來說，電池處于45℃時，達(dá)到循環(huán)利用要求的條件為1500次；60℃的高溫情況下，也可以再次使用達(dá)到1000次。
按照這三類工況，目前電池從車載上退役后可使用至少五年以上。從這一點來看，寧德時代的電池在一致性和使用壽命方面擁有競爭優(yōu)勢。
我國正處于電池梯次利用的起步階段，技術(shù)難點還有重組技術(shù)、壽命預(yù)測和離散整合技術(shù)等。壽命預(yù)測是整個梯次利用產(chǎn)品技術(shù)的關(guān)鍵點，假如不掌握產(chǎn)品的使用壽命，試問如何為客戶供應(yīng)質(zhì)量保證呢？所以從電池公司的角度出發(fā)，攻克壽命預(yù)測技術(shù)是梯次利用項目的重中之重。
當(dāng)然，壽命預(yù)測技術(shù)之所以難，是由于很多關(guān)鍵技術(shù)集中體現(xiàn)，如衰減機理、檢測、消耗量等。
還有一個難點，在不同的情況、不同的地區(qū)環(huán)境和工況下，電池的消耗速率并不相同，同一時間退役的一批電池，將出現(xiàn)不同的衰減速率，而將分布不均勻的電池重新應(yīng)用于一個產(chǎn)品中，有關(guān)整個行業(yè)來講，這是一個難點。離散整合技術(shù)的關(guān)鍵點就是在管理系統(tǒng)里如何讓系統(tǒng)更加有效地應(yīng)用剩余的能量，目前業(yè)內(nèi)都在集中力量攻克這個難點，重點解決不同的離散程度的電池包如何在一個系統(tǒng)里高效運行。
就目前而言，科研機構(gòu)首先解決技術(shù)關(guān)，公司要考慮實際應(yīng)用，所以建議產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。這樣才能把高校的研究成果轉(zhuǎn)換成實際的應(yīng)用技術(shù)。從離散整合技術(shù)的本質(zhì)來說，關(guān)鍵在退役后的電芯直流內(nèi)阻的變化，因此如何控制直流內(nèi)阻的變化，能夠有效降低離散整合的成本。
從公司整體而言，目前正在嘗試一些示范項目。在電池材料回收方面，寧德時代與具備材料回收資質(zhì)的公司合作。從操作流程來講，重要包括電池包分類、拆解及材料回收三步驟。
目前，針對材料回收的拆解環(huán)境、運輸條件，公司都在制定標(biāo)準(zhǔn)，今年可推出材料回收和包裝運輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，計劃在2017年推行一系列梯次利用標(biāo)準(zhǔn)。
具體而言，電池拆解是通過破碎變成電極粉，再將相關(guān)金屬進(jìn)行回收；材料回收重要是通過電極粉、經(jīng)過酸堿、萃取，然后變成三元材料，最終呈現(xiàn)的產(chǎn)物是硫酸鎳、硫酸錳、硫酸鈷等。對此，確?；厥者^程也是環(huán)保回收是衡量梯次利用的一個重要標(biāo)準(zhǔn)，因此過程監(jiān)控顯得非常重要。
基于此，國家對場地、拆解環(huán)境、拆解設(shè)備、拆解人員做出相應(yīng)的要求，公司在制定標(biāo)準(zhǔn)時也涉及到設(shè)備、人員資質(zhì)、拆解環(huán)境、油水分離等問題?？偠灾牧匣厥赵诒ＷC環(huán)保的同時，要達(dá)到較高的回收率。
最后，電池材料回收是通過“物理+化學(xué)”的方法，整車公司無須過多考慮后端處理的問題。
我認(rèn)為，整車公司暫存電池并不是長久的解決方法，梯次利用技術(shù)成熟以后，包括電池失效后失去使用新性能和價值，部分公司已經(jīng)探索出相應(yīng)的、可盈利的商業(yè)模式。目前，寧德時代已與邦普集團(tuán)聯(lián)合形成了完整的綠色制造產(chǎn)業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟。
