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《廣東電池》2020年11月刊

動力電池回收利用現狀挑戰和未來展望

時間:2021-03-25    來源:未知    作者:admin

  在國家政策和市場需求的驅動下,中國新能源汽車保有量及動力電池裝機量自2014年呈現大規模的發展。按照5-7年的使用壽命預測,動力電池在2020年開始批量進入退役或報廢期,即不再適用于在車輛上的正常運行。面對退役動力電池的激增,后生命周期回收再利用,不僅對公共安全和環境效益至關重要,而且對稀有金屬的高價值利用、緩解金屬供需偏緊格局也具有創新意義?傮w而言,動力電池回收利用是新能源汽車行業可持續發展,實現資源閉環的關鍵環節。
 
梯次利用及再生利用的價值空間
 
 
動力鋰電池的回收利用主要分為兩個階段:
1)梯次利用,即指將退役電池進行必要的檢驗檢測、分類、拆分、修復和重組為梯次產品,用于其他運行工況相對簡單,對電池性能要求較低的領域。
2)資源再生利用,即對無法進行梯次利用的電池進行破碎、拆解和冶煉等,回收其中的鎳、鈷、錳、鋰等金屬。
動力電池容量降低為 80%后,其充放電性能將不能滿足汽車行駛的要求,而一般80%-60%的容量仍具有梯次利用使用價值。相對而言,磷酸鐵鋰電池比三元鋰電池的電化學穩定性以及循環壽命更具優勢,因此更具梯次利用價值;而三元鋰電池由于富含高比例的有價金屬,因此更適合進行資源再生利用。
梯次利用主要應用領域包括通訊基站備用電源、電力系統儲能和低速電動車,這幾類應用可結合租賃模式、規;,實現動力電池的二次收集,因此也是國家所鼓勵的。而充電寶、手持照明設備、玩具等不利于回收的小型消費品電器設備的應用,是國家所不允許的。(見《新能源汽車動力蓄電池梯次利用管理辦法(征求意見稿)》)。
業界的一個共識是,梯次利用最好在電池整包或模組級別進行,一方面減少拆解成本,另一方面降低對原本電池包或模組殼體保護性能的破壞。
 
電力系統儲能
 
 
 
梯次電池在低循環(例如100-300個循環)的固定儲能應用能實現最大的價值。根據循環次數的要求不同,梯次儲能能為電力系統帶來主要3個方面的價值:1)通過取代低效且昂貴的發電機組(例如聯合循環燃氣輪機),以較低成本為電力公司提供備用容量,維持其可靠性;2)延緩輸配電網的投資;3)利用電力套利機會,存儲可再生電力以便在電力需求緊張時間段使用,從而提高電網的靈活性和穩固性。
動力電池電力系統儲能具備大規模應用空間,但目前仍處于實驗性階段,在我國主要是由兩大電網主導的示范項目去驗證系統的經濟性和安全性。根據麥肯錫咨詢公司的預測,到2025年,梯次電池在儲能應用的成本會比新電池便宜30%-70%,極大的減少每次使用循環的資本投資。
 
通訊基站備電
 
 
 
通信基站備用電源標稱電壓固定為48V,對電池的要求不是特別的高,是梯次利用的最合適場景。相比目前常用的鉛酸電池,梯次磷酸鐵鋰電池在循環壽命、能量密度、高溫性能、環保等方面更具備優勢,因此理論上可全面替代鉛酸電池。
作為國內三大通信運營企業的基礎設施綜合服務商,中國鐵塔承擔著國內2/3以上的通信基站建設任務,也是梯次利用商業化拓展的最大用戶,具有長期穩定的需求。2018年,中國鐵塔宣布全面停止采購鉛酸電池,統一采購梯次利用電池。目前,中國鐵塔公司已累計在全國38萬個基站使用梯次電池5.5GWh。今年起,中國鐵塔在采購梯次利用電池的同時也在采購新生磷酸鐵鋰電池。
隨著5G基站建設進程加快,梯次利用電池的需求將大幅提升。
 
低速車
 
 
低速電動車包括兩三四輪低速電動車、電動摩托車、電動自行車等,這一領域擁有巨大市場空間,比汽車市場更大。光是電動自行車社會保有量已經高達 2.5 億輛。低速電動車不僅是廣大農村生產力工具,同時也是支撐城市快遞以及外賣行業的重要交通工具。目前低速電動車基本仍在使用鉛酸電池,但隨著道路管理及技術規范標準提高,梯次鋰電池將成為升級替代鉛酸電池的選擇之一。
 
再生利用
 
 
回收方法按提取工藝一般包括:火法、濕法以及生物3種回收方式。其中,我國廢舊動力鋰離子電池回收工業上主要以濕法為主,且濕法回收的工藝更為成熟,金屬回收率及純度更優。
 
回收模式
 
 
從國內政策導向回收模式看,生產者責任延伸制度逐漸成為電池回收的指導原則,新能源汽車整車生產商鏈接終端消費者信息,是動力電池回收重要的責任主體。而目前也正逐漸形成專業第三方回收處理企業、整車廠、電池廠商等多方參與的聯合回收模式。

 

行業挑戰
 
 
新能源汽車動力電池回收利用行業是新興行業,市場前景較好,但同時行業需要克服在法規應對、履責推進、產業研判、技術提升等方面的問題。
1、市場上流通的動力電池性能參數及設計差異較大,不同規格(圓柱、方殼、軟包)和化學類型(磷酸鐵鋰、三元)會增加電池拆解和再利用的復雜性和成本。如何設計簡單、有效、可靠并具備一定普適性的拆分設備和方法,是目前需解決的技術難題。
2、回收利用市場交易定價模式單一,無法針對不同品質退役電池進行有效劃分,也無法充分體現退役電池梯次利用價值。
目前定價主要有兩個基準:
1)鉛酸電池價格;目前退役動力電池的采購成本約為0.2-0.37元/Wh,梯次產品電池的采購成本約為0.6-0.7元/Wh。
2)金屬期貨價格;根據不同材料體系退役電池鋰鈷鎳等金屬元素含量不同, 綜合對應礦產價格,例如約1.2萬元/噸回收NCM523電池。
未來行業仍需要開展更深入的交易定價機制研究,特別是對動力電池殘值評估研究,并通過政府建立相應交易和估值支撐服務平臺,有助于形成更透明和合理的定價體系。
3、動力電池在市場流通不規范,回收渠道多而分散,流向不可控。市場上出現部分報廢汽車回收拆解企業囤積電池 ,而且存在企業拍賣助長惡性價格競爭,大量電池流入不合規的小企業或小作坊,安全和環保風險堪憂(見中國汽車報《是“誰”在助推?一場動力電池非法回收的狂歡》)。
4、電池回收網點不符合規范性要求,存在制度流程不規范、設施設備不齊全等問題;厥站W點同時利用率較低,部分企業擔心資源浪費,在銷量較低區域建設網點的積極性不高。為確保廢舊動力電池的回收渠道及體系規范化,《網點建設和運營指南》要求了新能源汽車生產及梯次利用等企業應按照國家有關管理要求通過自建、共建、授權等方式建立回收服務網點,并鼓勵合作共用回收服務網點。不過現有回收服務網點建設方式主要還是依托整車廠現有售后服務機構(4S店),回收條件欠佳。不過基于網點規范化和資源共享的考慮,未來多方合作共建網點(如PRO組織)比例將逐步增多,并預期會成為網點建設的主流模式。
 
未來發展展望
 
 
隨著新能源汽車的加速普及,巨大的市場潛力和企業責任,吸引了大量的鋰電池產業鏈主體投資與布局動力電池回收領域。由于動力電池回收責任機制,和建設動力電池回收系統的復雜性,產業鏈上下游的戰略聯盟與合作是未來的必然趨勢。
經過前幾年的示范性作用,我國動力電池回收利用已實現商業化應用突破。面對國家2025年新能源汽車銷量占比將達到20%的目標規劃,動力電池的回收處理需求也將日益增加。同時新基建的風口,例如5G基站的鋪設,也將帶來更多動力電池梯次利用的機會。儲能是梯級企業發展的必然方向和價值高地,也是電池企業的必爭之地。
政府與企業和行業專家正通力合作,制定一套完整的政策和制度體系,從頂層指導意見到底層技術規范文件,將約束和管理動力電池回收的每一個環節,填補行業漏洞,整治行業亂象。從長遠來看,動力電池回收正朝著有序和規范的方向發展。
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