未來將如何處理電動汽車的電池？

12-24

電動汽車進幾年發展迅猛，不管是國產的比亞迪，還是美日的舶來電動汽車系列，都受到很大程度的關注。那麼問題來了：在中國，對於生活電池的分類方法幾乎可以說沒有。那麼就環境保護方面來說電動汽車的電池應該如何處理為好呢，請大家幫忙舉一些國外的先例或者構想的管理方法。

@劉堯，我比較熟悉日產，在這談談日產Leaf的做法吧

多次頻繁充放電之後，電池容量會下降。

由於電池容量直接關係到電動車的續航里程以及動力性能，日產考慮在Leaf的電池容量降到出廠時70%時就將其「報廢」，更換新的動力電池。

鉛酸電池一般報廢之後就直接拆解回收了。

而Leaf的鋰電池，出廠時容量為24kWh，降到70%還能存儲16.8kWh，這樣的電池直接拿去拆解回收是不是太浪費了？

本著利益最大化的原則，日產希望對這些「報廢」的電池做二次利用，二次利用之後再拿去拆解回收。

第一個階段：二次利用

目前較熱門的方向是將「報廢」的鋰電池用來組建用於太陽能發電、風電的蓄電系統（住宅或偏遠地區）。

為什麼太陽能發電、風電需要蓄電系統？

因為它們要看老天臉色。拿太陽能發電來說，陽光充足的時候太陽能電池板能輸出很大的功率，但雨天、夜晚呢？

一般不把這種可能劇烈波動的電力直接連入電網，而是先儲存到蓄電系統，再由蓄電系統對外輸出穩定的電力。

為什麼不使用全新的鋰電池，而使用「報廢」的鋰電池組建蓄電系統？

理由很簡單，成本更低。

住友商事做過計算，使用全新的鋰電池存儲1度電大概需要數十萬日元，

而如果使用「報廢」的電池，他們有把握在2020年把這個數值降到2萬日元左右。

事實上，已經有多家公司在做這種蓄電系統了，包括日產和住友合資的4R Energy、SHARP、NEC等。

目前這些公司推出的蓄電系統，有的面向電力公司，有的面向家庭。

下圖是蓄電系統應用在家庭住宅的一個例子。

白天，太陽能電池板發電輸出電力到蓄電系統，蓄電系統給家用電器供電；

若老天不給面子，太陽能發電不足以滿足用電需求、需要購買電力公司的電力時，可以選擇在電價低的時段購買電力公司的電給蓄電系統充電，而在電價高的時段僅從蓄電系統取電。

下圖是SHARP的一款面向家庭的蓄電系統。

第二個階段：拆解回收

將來會有專業的公司干這個。

一來，若不回收，電池裡的重金屬、電解液等會污染環境。

二來，電池裡的鋰、鈷等材料具備回收價值。

以上

首先，電動車的電池真的會產生環境污染嗎？
以用在特斯拉和日產聆風的鋰電池電池為例：

Since Li-ion batteries contain less toxic metals than other types of batteries which may contain lead or cadmium, they are generally categorized as non-hazardous waste. Li-ion battery elements including iron, copper, nickel and cobalt are considered safe for incinerators and landfills. These metals can be recycled, but mining generally remains cheaper than recycling.

來源：Lithium-ion battery
翻譯如下：

因為鋰離子電池相較於含有鉛和鎘的電池含有較少的有毒金屬，它們一般會被分為無害的垃圾。鋰離子電池的元素有：鐵，銅，鎳，還有鈷，而這些元素一般是被認為能夠通過垃圾焚燒和填埋處理。這些金屬是能被回收的，不過一般比直接開採要貴。

而BYD的磷酸鐵鋰電池更是減少了鋰離子電池中的鈷的環境危害

Recent developments have produced a range of new environmentally friendly cathode active materials based on Lithiated transition metal phosphates for Lithium-ion applications.
Phosphates significantly reduce the drawbacks of the Cobalt chemistry, particularly the cost, safety and environmental characteristics. Once more the trade off is a reduction of 14% in energy density, but higher energy variants are being explored.

來源：http://www.mpoweruk.com/lithiumS.htm

至於題主問：

電動汽車的電池應該如何處理為好呢

特斯拉有電池回收計劃：Tesla"s Closed Loop Battery Recycling Program
豐田：Hybrid Battery Recycling Program
尼桑：NISSAN | Zero-Emission Mobility Enhancement

也有私人機構：The future of automotive batteries

電池回收政府也是有對應的programs，但是電動車大量地使用電池似乎會對這些 program帶來嚴重的壓力，私人公司回收計劃似乎是會比政府可行。我個人的建議是：建議政府規範所有生產出售電動汽車的公司，必須有專門的計劃回收所有充電電池以減少環境污染。

要說電動車的充電電池完全零污染是不可能的，但是現在的工業發展一直在用不同的手段來減少污染與排放，但是以目前來看，電動車的電池並不能對環境造成重大的污染。

要研究這個問題首先要知道「處理電池」的方法和目的是什麼，以及什麼樣的電池應當針對何種處理方法。和大部分人的想像不同，電動汽車的廢棄電池其實不大需要考慮元素級回收的問題，因為汽車的電池需要較高的能量重量比，如果單位重量內電池所盛放的電能低到一定程度，哪怕這部分電量依然足夠汽車行駛，但因為行駛效率降低了，這樣的電池也不能用了。大部分電動汽車的電池容量如果下降到初始狀態的60-80%，就已經可以報廢了。因此電動車所謂的「廢棄電池」放在其它場合依然擁有可觀的使用價值。

然而，這裡的60-80%其實遠比數字表面看起來要樂觀的多。電池性能下降的原因之一確實是性能降低，但另一個重要原因是電池性能差異，也就是說電動汽車電池組裡的幾千塊電池性能不一樣了，有的放電快，有的放電慢；有的充滿電後的電壓就不一樣；還有的初始電量虛高，但續航能力差……如果用水桶來比喻電池，那麼新舊電池組之間的差距可以用下圖來說明（請注意紅色箭頭的方向）：

如上圖，舊電池因為電池之間的電壓出現差異，故此電流會從電壓高的電池向電壓低的電池流動，而不像新電池組那樣所有電量都流向電池組外部（電器）。這樣一來電池組的很大一部分電能就會在內部被消耗掉（電池內阻增大），而不會流到汽車的電機上。電池組的現實樣貌一般類似於這樣：

因此，表面看來一個容量下降到70%的電池組，其真實容量是大於這個數字的。甚至其中有一些個別電池的容量還會在80%以上，並沒有比新電池的性能下降多少。

該類現象在所有電池組（電動自行車、筆記本電腦、充電寶）上都會存在，有些商家銷售的廉價充電寶或筆記本電池之所以廉價，多半就是使用了這樣的回收電池。如果電池容量搭配合適，其性能並不會比正規渠道的電池組遜色太多。當然電池配容並非簡單的電壓匹配就可以實現，要實現高精度的配容，其中耗費的成本並不會比搭配新電池低多少。因此市面上的低價電池組（充電寶）的購買風險依然很高，這裡並不推薦大家購買。

可如果不成組使用，鋰電池（18650）的單節電壓實在太低了，只有3.7V左右，其單節容量才2-3Ah（也就是不到10w，舊電池的功率會更低），該功率的適用範圍是十分有限的，如果不能進行高效廉價的配容，這樣的電壓（容量）幾乎一無是處。一輛電動汽車往往有好幾千節鋰電池，我們不可能把這些電池都拿去點手電筒和小檯燈吧？！

一個10平方米的小房間，要滿足其日常照明（按照1小時來計算）至少需要3-4節回收電池電池組成的電池組。如果是較大的房間，則需要10節以上的電池組。就算是一台電風扇，也需要幾十枚電池的電量才能正常運轉。這個數量級電池組的重新配容、安裝成本是極其高昂的。

然而，個人以為，其實我們不需要只在電池配容上下功夫，其實還有另一條道路可供我們選擇，那就是「鋰電池獨立集群」。

今年1月份，我在我的個人博客《公益發明》中發表了一篇名為「18650集群照明」的文章，詳細闡述了這個不需要配容就可以在大功率場合使用鋰電池的技術。其具體內容其實十分簡單，那就是將用電器化整為零，分散為與單節鋰電池相匹配的功率單元，然後使用單節鋰電池來對這些分散的功率單元進行供電。如此一來電池便不需要進行配容操作，只需要一股腦的塞進電池盒就可以正常工作。甚至哪怕其中少數電池乾脆是壞的，一點電都供不出來，也不會對電器的整體運行造成大的影響。

如圖，LED燈具的光源一般長這樣，由多個發光單元（燈珠）組成，每個燈珠只消耗極少量的電流：

而供電方式是這樣，將所有電池組成電池組，對驅動電路進行供電，然後驅動電路再把統一收集後的電流分配給所有的燈珠：

上圖的連接方式意味著電池必須組成電池組，如果電池出現了性能差異，就會在電池組內部產生能量損耗。因此如果電池性能不平衡（回收電池）就適合下圖的連接方式：

如圖，每一節電池只對一顆或數顆燈珠進行供電，電池之間沒有任何串並聯關係。這樣電池的個體差異將完全不會影響到其它電池的工作。如果使用更專業一些的電路圖來描述這個過程可以看下圖：

上圖中的CA（恆流）電路在實際使用中並不是完全分離的，而是封裝在同一塊晶元內，這樣其工藝成本就會大大降低。

類似的結構我們完全可以推而廣之，使用在大部分用電場合，比如風扇的線圈分為多個子線圈，每個線圈連接一顆電池，然後數個線圈組成一組，電機外部接線亦分為多路3.7V電源輸入。以50w的電機為例，只需要10節左右的回收電池（和10個電機線圈）就可以推動其運轉1小時以上。這個思路也可以使用在電動車上，例如一台電壓為72V的電機，其內部線圈可以分為4組，這樣只需18V×4組電池供電（需要額外的功率平衡措施）就可以滿足其功率需求，而無需使用搭配更複雜的72V電池組。

再比如電熱器件，每顆電池負擔一定長度的電熱絲，然後多個電熱絲組成一個電熱組來實現整體功能。

音響和電腦使用一個容量較小的新電池組來對放大管、CPU等關鍵器件進行供電，剩餘的風扇、照明、指示、解碼等對電壓不太敏感的低功率部件，可由「鋰電池獨立集群」進行供電。其餘核心部件必須使用較高電壓供電的電器也可以參考本方法。

甚至我們也可以將這些電池組重新安裝回電動汽車裡——比如挑出性能較好的電池組（電動車的電池由多個電池組組成，而不是所有電池都是並聯或串聯關係）和電池來對車輛中的儀錶、音響、中控等低壓電器進行供電，主電池組則只對電機進行供電。這樣一來容量要求最高的主電池組可以適當縮水，主電池組沒電了也不會影響到其它部件的運行。

將類似思路推而廣之，電動汽車（或電動自行車、電動摩托）廢棄電池組的利用價值和範圍將因此大大提高。可以說在電動車環節產生的電池將完全用於其它電器，電動車本身的電池將得到高效利用，幾乎不會產生污染。

同時，國家應當有意識的鼓勵電動車電芯對傳統電池的替換。比如這樣的藍牙音箱為什麼要使用這樣獨立規格的電池？完全可以直接使用電動車換下來的回收電池嘛！容量一點都不會比這種電池低！

家裡的掛鐘、座鐘、無線鍵盤滑鼠、相機、小夜燈、剃鬚刀、兒童玩具、遙控器、燃氣灶、手電筒等所有使用AA電池的小電器都可以使用18650電池。這些電池可以在經過初步安全檢測後就可以極其便宜的價格賣給個人（或直接使用自家電動車的淘汰電池），想怎麼用就怎麼用，只要不是對體積要求很嚴格的場合，小型電池根本不具有與18650競爭的條件，人們日常消耗電池的成本將因此大幅降低。在這裡我甚至可以大膽作出這樣的預言：國內一半以上的家用小型電池都可以被廉價的回收鋰電池替代，可想而知這裡的市場將有多麼巨大。保守估計，國內只要有1/10的人使用了電動汽車，其產生的鋰電池就足夠供應全國的小型電池市場。一方面人們可以更低的價格買到更高性能的可充電電池，另一方面電動車的廢棄電池將以更高的價格進行出售，從而降低電動車車主的用車成本。最後由於大規模普及了充電電池，傳統一次性電池的污染問題將因此大大減輕。

一節AA電池的電池容量大約是2000mAh/1.5V左右，而18650鋰電池的起步容量都是它的一倍以上(2000mAh-3400mAh/3.7V)。即使我們將回收電池的充放次數大大降低，按照100次來計算，每使用一節鋰電池也相當於節約了100節以上的AA電池（鋰電池漏電流較大，否則可以達到200-300節）。從這個角度來算，只要產業搭配合理，電動汽車電池的污染物產生可以是一個負值，甚至是完全有利於環保的。

況且，規格更加統一的電池對於電池回收業也是一個利好消息。如果18650等車用規格鋰電池得以大範圍普及，針對其進行專項回收的成本將因此大大降低。從此電池回收業將無需考慮繁縟龐雜的電池分類處理方法，只集中精力做車用電池的專項回收就足以實現規模化效益。

其它諸如家庭UPS之類的構想在多年前就已有了成熟的技術方案，在此不再贅述。本答案純為私貨爆發，若有錯漏歡迎吐槽。

一、做西部市政太陽能路燈是最好的選擇，政府可以給予政策支持；
二、做備用電源或儲能電池，動力電池都是質量很好的電池，能夠勝任；
三、可以做充電寶，退下來的電池，已經很安全了；
四、做低速電動汽車電池，比鉛酸電池要好，市場更大。
只要開動腦筋，政府給以支持，會產生很多再利用的市場和企業的，節約資源，促進就業。

之前做鋰空電池研究的時候也想過這個問題。實驗室裡面堆了一箱裝廢的鋰電池, 萬一著火了, 估計整個實驗室也完蛋了。但是不容易找到專門的公司去處理鋰電池。

由於電動車主要用的是鋰電, 這個問題可以轉化成如何處理廢棄的鋰電池。就鋰電池而言, 回收的難點在於哪裡呢? 鋰電池裡面不只是金屬鋰, 還有外殼, 電解液, 負極...外殼可能是塑料的或者不鏽鋼的。裡面易燃易爆的化學物質會造成回收的困難。國外比較常見的做法是在真空下處理(機加工/電弧爐), 然後再對拆解後的電池進行處理。

具體可以參考如下資料:
(1) 【國外廢舊鋰離子電池的回收現狀和發展趨勢
(2) Recycling of batteries: a review of current processes and technologies

目前電動汽車的電池一般使用壽命終點是以初始容量的80%規定的，也就是說當車子跑了5到10年後準備報廢的時候，其實電池還是可以使用的，只不過電池的性能出現一定的下降，容量減少，內阻增加等等。目前的比較常見的處理思路之一是把這些廢電池繼續利用，在發電廠（配合風能太陽能發電使用效果更佳）作為儲能裝置使用，可以削峰填谷，抑制雜訊等等。（相關論文就不貼了，反正沒人看╮(╯▽╰)╭）