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王子冬:如何解决动力电池绿色回收再利用难题(附问答)

2018-09-22 作者:山水 来源:中国客车网

  如何解决动力电池绿色回收再利用难题;动力电池梯次利用趋势及产品设计探索;就近回收,就近处理“环保型回收方式”物理法回收技术;履行EPR,落实LCA,共建共享新能源全生命周期价值链;动力电池全生命周期循环利用模式;基于大数据的分布式梯次利用储能系统;退役锂动力电池预测技术与余能检测,尽在2018年9月21日,2018全球未来出行大会动力电池回收论坛。本次大会在杭州国际博览平台举行,本次大会由中国电动汽车百人会、中国信息化百人会、浙江省发展和改革委员会杭州市人民政府共同主办。

  国家863电动车重大专项动力电池测试平台主任出席论坛并发表演讲,以下演讲实录,经王子冬本人整理,独家发布:

  大家早上好,很高兴在金秋的时候在杭州和大家相聚。我来会场的路上也稍微绕了一点远,进来的时候看到我们这个论坛在四楼,说明我们重要,大部分论坛还是在三楼。

  我们今天讨论一下如何解决动力电池绿色回收再利用难题。

  这确实是一个难题。

  我们现在处在了新能源汽车行业发展的一个关键时期,面对行业发展的不平衡问题,企业该如何调整发展思路?现在各种矛盾比较突出,而且动力汽车用动力电池行业洗牌的情况加剧。

  我们简单回顾一下最近的情况,这是到今年8月份刚刚出来的数据。电动乘用车卖了84226辆,1月份到8月份累计是50.74万辆,是新能源汽车主力市场。从这个曲线上可以看到很明显的波动情况,变化还是比较大的。大家注意这里还有一个比较好的情况,波动是比较小的,大家看右图蓝色的线,这是PHEV车市场变化曲线,一直稳稳当当向上发展,没有像纯电动车那样上下波动。说明老百姓中喜欢PHEV的人越来越多。市场受政策影响比较小。不像纯电动车那样,今天政策好了,销售量猛增;明天政策不好了,销售量大幅度下降。

  这是去年从8月份以后到今年前7个月的新能源汽车销售情况。这是里面有一个比较。从增长上看还是比较明显的,而且我们看今年每个月超过6万辆以上的规律不像去年到了年底8月份才出现,而是提前出现了,这是一个可喜的事情。这个右下角曲线是这两年受政策影响市场销售变化情况,影响非常明显的,前面8个月几乎没什么动静,到了年底突飞猛进。

  今年销售情况如红线,已经明显抬头了。在政府的补贴政策大幅度退坡的情况下,曲线还是高扬,这是不容易的。到现在8月份是动力电池总用量是22.6GWh。大家看,今年新能源汽车的量在增长,但是电池的用量没有明显增加,这说明了一个什么问题,企业的技术进步大幅在提高。不需要像以前那样带那么多电池才能走得远。现在的补贴是与充电一次行驶的距离有关系的。按道理说,原来的做法应该是里程增加靠的是多带电池,现在看来里程在增加,但是并没有多带很多电池,企业在轻量化上、在节能技术上都有了比较好的进步。这个销售数字也从侧面反映了这个事情。

  这个曲线是一个市场的变化,不同的车在不同的领域表现出的情况也不同。今年表现不太好的应该是专用车,包括物流车。还有客车表现不佳。乘用车情况还是不错的,包括纯电动乘用车,PHEV乘用车。有另外一个数字大家需要注意,这个数据目前没有统计进来,HEV到现在也卖了12万辆左右。广大的消费者逐步地在接受各种新能源的汽车产品。

  这个是各种材料电池的市场占有率的比例,从这个曲线上看2016年三元才占22%,铁锂71%,到今年明显三元的趋势抬头比较快。同样看到另外一个情况,今年的安全事故上升率也比较快。这也跟它是有关联的。好多事情是相互之间有关系的。去年2017年也有事故,但没有像今年增长那么快。后面我还会说到这个事。

  我国是一个能源进口大国,60%以上能源依赖进口,一直在提倡能源战略安全问题。为什么我们在鼓励发展新能源?包括太阳能、风能还有水力等等,我们是全面开放。这些能源都需要利用储能来改变弃风、弃光的情况。我们目前真的没有找到一个很好的、有经济性的一种储能模式,现在还在探索中。

  储能是一个好事,不要一窝蜂都上。储能里面有好多种方式,一个是纯储能,还有调峰调频。储能是一个非常大的市场,我原来也不知道。现在看天花板极高!但是在这个上千亿的储能市场当中,动力电池占了3%都不到市场。我们简单地把动力电池搬过去做储能未必行。

  这个图说的是未来动力电池技术路线的走向,方形大容量是发展趋势,有硬壳,也有软包装结构。材料主要应该是磷酸铁锂配硅碳负极,以及长寿命、高安全的三元配硅碳负极。动力电池产品的三个主要特性,安全性、长寿命、低成本。大家看三个特性当中没有能量密度这件事。如果你考虑储能这个事情,安全性、长寿命、低成本是至关重要,能量密度是兼顾的。我建议大家能够在满足这三个性能的情况下,再去谈提高能量密度比较好。

  我们简单说一下锂电池的情况,里面有很多有价值的东西需要回述。锂电池与其它的电池不是太一样。现在成为了新能源汽车的一个主力。但是同时锂电池内部结构复杂,单体电池一致性较差,如何有效保证动力电池系统在用户使用过程中的可靠性,提升客户使用满意度也是一项非常重要工作。回收的目的在这里就不多说了,大家都知道,是因为有一些有价值的东西应该再利用。但是在后续的利用过程中确实遇到了很多问题。我们本应该通过对锂离子动力电池系统运行数据的实时收集和分析,建立科学、可靠的锂离子动力电池系统性能和寿命评估体系,但是好像后面的事情做的不够好。我们现在说起来好像所有的运行数据都有后台监控平台在采集,但是如果真的我们的监控平台能起作用,我们怎么还有那么多的电动汽车着火呢?为什么不提前告诉用户有危险呢?不是这么简单的事。很多企业都有这个数据监控,但是有多少企业拿这个监控数据去做分析呢?能够做出一个预警功能。特斯拉刚开始时还说能做预警,后来它也不敢说了。

  通过多次利用和材料回收修复的关键技术研发,提高材料利用率,从材料讲磷酸铁锂是有可能修复的,我们应该选择一个容易修复的材料体系来做产业发展的支撑点。建立多级利用核心部件及关键材料循环的利用经济模式。这是很重要的。我们要建立符合绿色循环利用的新模式。

  回收的重要性简单说一下。第一是加强环境保护、实现可持续发展的客观需要。第二个是促使资源再利用、建设节约型社会的客观需要。老实讲这个需求很迫切,你不从做节约型社会的客观需求去解决这个问题是不行的。发展绿色循环经济的必然趋势。这是我们对子孙后代的一个交代。

  加强技术创新、建设创新型社会的客观要求。特别是回收,我们是从国外引进的技术。实际上他们是用提炼贵金属的想法来做的,我们是不是一定要走这条路?我们应该好好想一想。

  我们经常听到说储能市场非常大,所以去做储能电池一定是非常非常有市场的。结果发现能做出来了没有人要这个东西。这叫理想很丰满,现实很骨感。被人忽悠啦!

  废旧锂电池对环境的危害性必须得到重视。这里有很多都是学电化学的朋友,我就不再细说这个东西。同样不是说废旧电池回收时需要控制,一会儿给大家看一些数字。实际上,还有很多其它的问题。

  大家看,这是钴、镍资源在开采过程中对环境造成的伤害。大家知道钴资源主要集中在了非洲,风险很大。还有在南美提锂的问题。这是国外记者了解到的资源被破坏的情况,得出了开采锂并不绿色的结论。我们不应该只关心我们用的时候是不是绿色?对于材料来源是不是绿色也应该关注。这个照片可以看到资源存在不可持续风险,对当地的环境造成了不可修复的破坏。一方面资源有问题,一方面用的电池尤其前期的质量有问题,我们的研究工作还没有到位,寿命又不行,安全性有问题,以前退下来了很多动力电池,怎么处理这些东西?往后越来越多,怎么办?

  我们看看多级利用当中遇到的问题。很多专家认为退役动力电池在储能做梯次利用是“伪命题”。第一种观点认为:从节约成本、绿色发展的角度,将在电动汽车上使用过的退役动力电池用于储能,可以体现出动力电池全生命周期的价值。我们搞梯次利用如果是考虑在电动汽车上不能再使用、退役下来的电池去做储能,那就错了!这里面有一个经济性的问题,如果不能实现低成本梯次利用,就没有价值。现在我们还没有找到可以低成本梯次利用的方法。

  第二种观点认为:从技术角度考虑,经过在电动汽车上动力系统中的使用,电芯性能已经有很大改变,再用于储能系统,电芯性能方面会存在各种问题,而解决这些问题又会增加更多的成本投入。在你对收回来的旧电池进行性能测试还没有做完,市场上的新电池成本已经比用你这个旧电池的成本还低了。谁还会去用旧电池做储能?

  另外,电池生产厂是不会对再利用的产品负安全性、可靠性责任的。你自己要想办法去承担。作为一个后续使用这个的人还要承担安全上的风险,这是不可以接受的。最好由原电池生产厂你来保险。可是电池生产企业它会说在电动汽车上使用了几年没有出现问题,已经是烧高香了。谁会去接受这个再利用的责任呢?

  如果不解决好这几个问题,肯定是有问题的。我们没有找到好的方法。我们要想一想问题出在哪儿?实际情况是确实出现了这个情况。

  许多企业为了提高电池组工作的可靠性,采用激光焊接工艺将电池串联起来。这样的连接结构造成动力电池梯次利用的难度,用户采用旧电池重新组装成电池组的成本过大,阻碍了动力电池的梯次利用。这个问题是动力电池长寿命使用需要解决的问题,我们为了实现动力电池回收梯次利用的目标,在动力电池产品结构设计上和生产工艺方面要进行大胆的改进,要方便电池组的拆和装,以及维修保养。

  有很多人跟我讨论动力电池一致性这个问题,我给你的是一个很好的电池,给你一千个一万个,都差不多,可是你用了之后就会不一样,如果你能够调整修复后电池又差不多一样了,可以继续用一段时间,又不一样了。这个跟电池厂其实没有太大关系,但是现在许多整车企业都埋怨电池厂。这其实是位置误差造成的,应该通过调整加以修正。

  我们现在做的电池都不能做到电池的组装和拆卸实现全自动化,电池组的自动化组装和拆解,是为动力电池的低成本梯次利用提供可能性。

  还有寿命预测,安全性、可靠性评价。如果没有寿命预测和安全性评价方法,电动汽车用完了动力电池,没有人敢去做储能。

  安全和环保不能忽视,大家看这个图,在这些过程中都存在安全隐患。这些年我们也吃了很大的亏。大家看这个照片,这个实际上是生产工厂着火了。深圳这边、广州这边也经常听到电池生产企业着火的情况。实际上在扑救这些火灾的过程当中都对周围环境造成了污染。这张照片是在高速公路上运送锂电池的车辆发生了火灾,像放鞭炮似的。在灭火中使用了大量的水,电池存在大量的电解液泄露,遇到水,被冲到了周围土壤里,大家想一想后果是什么?这张照片更可怕,就发生在杭州,5月17号在杭州的一个桥上,扑灭的过程当中产生了电解液的泄露,我们难道关心的安全和污染只是关心生产和回收环节吗?大家看,当时为了灭火,喷了多少东西,下面就是江水,事故对江水造成严重污染,有没有人去评估?

  这是最近连续发生的几个着火事情。也有特斯拉出的事。

  这是北京的,6月5号着火,电解液的泄露对周围土壤造成了污染,如果下雨污染物被排放到了河里会怎么样呢?很多人跟我讲,锂电池是环保的。不站在全寿命周期的角度看问题,是不负责任的。一定要科学全面地评价这个事情。

  同样,动力电池拆解技术还有一个难题。我给大家看的照片都是世界上最先进的电池系统,都是我们很多企业做对标的产品。曾经网上有一个很著名的说法,叫暴力拆解特斯拉电池组。为什么暴力拆解?拆不开呀。它拆都拆不开,回收的时候怎么办?只能破碎,没别的招。这是我们统计的典型的电池包的系统结构。这里面的电池包各式各样,无一不存在难拆解的问题。谁考虑回收了?这都是世界著名企业的产品。怎么拆?看着很好看。我们这里有很多做拆解的。这怎么拆?大家看这就更难拆了。你看看这些,这个好拆,这是万象做的。这是国内做的。你们就看,还有很多人很热衷于用18650、21750电池,除了粉碎没别的办法。

  从上述说这些问题,大家都把电动汽车重点放在了有和没有的问题上,电动车用什么,想的更多的是这个问题。但是今天讨论的是你用完了怎么办。我们要解决这个问题。如何解决动力电池回收再利用难题。通过建立高效可靠的锂离子动力电池系统多级利用和回收循环体系,将合理分摊锂离子动力电池在全寿命周期内的使用成本,使其在全寿命周期内,直接降低锂离子动力电池系统在电动汽车行业的应用成本,这是目前看来是最为合适有效的解决方案。我们想把一个东西做便宜了,这个思路是不对的。我们应该要分摊成本。现在面临四个难题,一个是尚未建立起共同生共赢的产业链生态圈。第二个是综合利用盈利模式不成熟。第三个是综合利用关键技术亟待突破,还是有很多问题没有解决。第四个是标准及技术规范发展滞后。标准这个事情也是一个很怪的问题,它也不能提前有,提前有了就会限制技术进步。如果是后有了标准,往往因为条条框框限制了很多事情。标准的制定应该创新,我们定标准定得特别死,我们能不能定一个开放性的标准?我们以前就遇到了比较怪的现象,这个标准老在变。因为我们定得太死了。最早定的锂电池的电压标准3.6V,还没有推出来,3.2V的磷酸铁锂电池就出来了。我说怎么办呢?我们就默认包含3.2V的电池,结果过两天又有了1.9-2.2V的钛酸锂电池。都叫锂电池,怎么办?这个标准当把锂电池的电压标准定死了,以后还会有3.7V、3.9V的锂电池怎么办呢?如何才能更科学呢?

  企业自己的标准一定要高于国家标准,要提前一些,不要被动跟着国家标准走。这些年很多企业跟着国家标准走吃了非常大的亏。

  我们对动力电池的回收想到了以下应对办法。

  第一,通过试点工程,构建我国动力电池综合利用的产业生态圈,一是构建全生命周期的生态体系,二是探索适合的商业模式,三是搭建信息溯源平台。

  第二个是加强对关键技术的研发与攻关。

  第三是创新综合应用盈利模式。最后回到经济上。

  第四是建议完善政策激励机制,这也很重要,不能今天有,明天无,一定是一个长效的机制。

  我个人认为:实际上储能系统对动力电池要求比较高,比在电动车上用的还要高。这是大家没有想到的。大家觉得电动车用完了,再去做储能,实际上不是这么一回事。目前电动车上使用的动力电池所欠缺的地方,一,没有根据低成本梯次利用要求进行设计开发。这里面有一个概念,方便重复连接,便于系统的调整和维护,可以实现热插拔。第二,没有按照方便实现自动化、低能耗、环保的材料分解要求进行设计开发,其中这里面有一个概念,动力电池的分解效率,要远远高于制造效率。

  这是世界上大部分企业采用的回收方法。这些湿法和火法都是不可行的。我们怎么才能找到低能耗环保的材料分解方式?动力电池回收利用是新能源汽车产业发展的基础。对行业对国家对企业对社会都要做有利的事情。企业是有责任的。

  有几个问题问一下大家。很多人都说动力电池回收利用过程中,如果是为了材料中的稀有金属材料而去搞回收,这就错了。我有个问题,如果三元材料是8:1:1,或者是9:0.5:0.5材料,你还回收吗?还有利可图吗?我们应该去研究正负极材料的再利用技术,或者说叫修复技术。

  这是国际上比较著名的工艺,大家都知道。他们说得都很好,没有污染,实际上你去试试,怎么可能没有污染呢?这是国内知名的企业,从工艺过程当中你都能看到对环境的影响,都需要做进一步深处理的,一环扣一环都躲不开。

  总结一下:

  第一个锂离子动力电池的安全性和可靠性问题必须予以重视。

  第二个在动力电池设计之初就要考虑便于动力电池的拆解和材料回收。

  第三个,寻找低能耗、少污染的材料回收工艺。

  第四个,打造租赁并举的多级综合应用模式。

  第五个,建立动力电池信息溯源平台,收集使用信息加强全生命周期对动力电池的监控和分析。

  第六个,国家要建立完善的政策激励机制。

  谢谢大家!

  主持人:在场的企业代表有没有什么问题想进行一个提问?

  提问:王主任你好,如果我们想在这个行业发展,你觉得怎么样介入这个行业比较合适?

  王子冬:最近一个流行的说法叫打通产业链。实际上现在行业得到了一个共识,以前单打独斗这种做法看来是不行了。打通产业链包括原材料,正极、负极、隔膜、电解液、电池包括中间的融资租赁设备再到车再到使用,融资租赁包括共享的方式以及到后来的回收,包括跟踪再利用,这是一个链。很多企业从链上去做。从这个上面也可以看出来,我们以前很多的人先驱成了先烈了,很多人都不在了。不是说离开这个行业,对这个行业呕心沥血付出了很多,没有结果。后来发现这个仗这么打是不对的。我跟你们华夏人挺熟的,经常去交流。我们现在不要去热门,你看这两年电池已经冷静下来了,好多人退出去了。电动电池这件事情不是大规模一窝蜂拥进去的,都像蓝海似的,有利可图,实际上不是这样的。一定要盯住大家都不太重视的行业去解决这个问题。我觉得还是要大家关注行业痛点问题和难点问题,逐渐地去解决问题。否则我们现在说能量密度提高,现在提高300Wh/kg也好,500Wh/kg也好,最后今年出了事这么多。给大家看到的还是其中的一部分。实际数字还多。你怎么办?我们怎么向社会交代?作为华夏幸福公司来讲,我觉得你们最好是找行业亟待解决的问题去做,别盯着热的事情。包括电动车也都过剩了,电池现在统计下来,年产能有260GWh,现在才卖了22GWh,新能源整车有一千万辆的产能,我们才卖了60万辆。特别各个地方政府还鼓励,还给了很多支持,应该冷静一下。包括在坐的大家,也都希望都冷静一下,去想想行业中深层的问题。不要一味地追求某一个指标。

  谢谢

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