動力電池如何回收利用（1）：豐田模式

本文首發於第一電動研究周報，作者朱玉龍

國內動力電池回收利用擺上議事日程，看豐田怎麼做

經過近10年的推廣應用，國內新能源汽車保有量達到了一定的規模，第一批車上的動力電池即將步入壽命末期，對這一批電池以及後續動力電池的回收利用已經擺上了議事日程，而且可謂刻不容緩。

中國從2009年開始推廣新能源汽車，截至2017年底累計推廣近180萬輛。推廣分三步走，目前已完成前兩個階段：2009-2012年為第一階段，推廣量為2.7萬輛；2013-2015年為第二階段，推廣量為42.3萬輛。2016-2020年為第三階段，按照規劃，2020年底要實現累計推廣新能源汽車500萬輛。新能源汽車在中國的可持續長期發展，有賴於對動力電池這個關鍵單元全生命周期的妥善處理。

工信部聯合科技部、環保部等七部委發布了《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》。日前，又印發了《新能源汽車動力蓄電池回收利用試點實施方案》，在京津冀、長三角、珠三角、中部區域等選擇部分地區開展試點工作，試點內容包括：

• 構建回收利用體系：怎麼收回來最合適
• 探索多樣化商業模式：怎麼補償消費者和各個環節
• 推動先進技術創新與應用：怎麼處理更高效，實現資源循環利用
• 建立完善政策激勵機制等：怎麼在各個層面實現經濟效益

相關的國家目標是到2020年，建立完善動力蓄電池回收利用體系，探索形成動力蓄電池回收利用創新商業合作模式。建設若干再生利用示範生產線，建設一批退役動力蓄電池高效回收、高值利用的先進示範項目，培育一批動力蓄電池回收利用標杆企業，研發推廣一批動力蓄電池回收利用關鍵技術，發布一批動力蓄電池回收利用相關技術標準，研究提出促進動力蓄電池回收利用的政策措施。

圖1 電池回收核心難點——怎麼收電池

細思其中，有這樣幾個核心問題：

• 汽車企業的回收量基數如果不大，就存在回收網路效率和回收量處理能力問題
• 電池的產權為私人或者購買者所有，如何推動回收率是個大問題
• 按照目前這個分散的體系，每個車企的電動汽車保有量並不大，回收量因此也不大，要這些車企都對動力電池的全生命周期進行管理，投入產出比不划算。

動力電池的回收利用在國內還是新事物，在建立完善相關體系的過程中，國外的經驗補發可借鑒之處。我們以在動力電池回收領域已經建立了一套完整完善的模式的豐田為例。

豐田在混合動力汽車領域耕耘已久，雖然與電動汽車的電池相比，HEV的電池比較小（1 Kwh），但是豐田HEV在全球的累計銷量和保有量相當大，豐田的鎳氫電池回收和處理策略值得作為借鑒基準。目前豐田混合動力汽車的年銷量大約在150萬輛左右，其中美國的銷售區間為25~30萬輛、歐洲為30~40萬輛，日本本土穩定在65萬輛。累計銷量方面，豐田HEV在2007年突破了100萬輛，2010年超過了1000萬輛。

圖2 豐田全球年銷量走勢（單位：千輛）

相應地，豐田HEV的電池也經歷了梯次報廢的階段，相應地，豐田在電池的回收利用方面做了很好的應對，相關工作的時間軸如下：

• 1998年，累計銷量達到1.86萬輛，啟動廢舊鎳氫電池回收計劃
• 2009年，累計銷量達到225.7萬輛，在全球範圍內銷售混合動力車輛的國家建立回收指導
• 2010年，延長電池回收協議，在有條件的地區確保100%回收
• 2012年，進行電機稀土材料的回收
• 2013年，嘗試鎳氫電池梯次利用

圖3 豐田混合動力汽車全球累計銷量（單位：千輛）

如下圖所示，豐田在不同地區執行的政策並不相同，回收都是從銷量較大、實施較易的地區開始，先回收，實現有效儲存，然後達到一定量之後再進行處理利用。

圖4 豐田的電池處理路徑

總結一下，豐田的整個電池回收利用從以下流程展開：

1、建立回收網路

日本本土是豐田最大的廢舊電池處理中心，對回收電池進行集中處理。豐田電池回收網路的發力點是在經銷商網路。

• 首先發布每輛混動車輛的應急處理策略
• 通過零售網路對廢舊電池進行回收
• 通過「以舊換新」方式從經銷商處回收舊電池

這裡需要說明一點，由於混合動力技術的演進，使得其電池系統的重量和安全性得到一定的保證，在經銷商那裡堆廢舊電池問題不大。如果是大的鋰電系統，並且還是廢舊的替換產品，那麼勢必大幅增加相關存儲的難度和成本，不同性質的鋰電放置在一起對於消防、存儲和運輸都有很大的差異性。所以這一點，對於純電動汽車的鋰電池而言，不具備可借鑒性。

圖5 豐田的電池回收處理流程

2.對回收電池進行評估

回收以後需要對電池進行評估：

對達到使用壽命需要退役的電池，通過豐田電池回收中心來進行退役電池的統一收集，建立了完善的電池收集網路。對收集到的退役電池，通過對電池特性的診斷，分為三類進行處理：

1） 進入維修體系：對電池進行充放電試驗和相關信息的讀取，如電池整體狀況良好，只是個別單體到達使用壽命，則對這些單體更換後重新組裝電池包，可以作為置換電池重新應用於普銳斯汽車上。

2）梯次利用：通過檢測，如果回收電池還剩餘規定容量，則可以進行梯次利用，應用於分散式儲能電池系統，用來平抑、穩定風能、太陽能等間歇式可再生能量發電的輸出功率；或者應用於微電網，實施削峰填谷，減輕用電負荷供需矛盾。

3）拆解：對於完全喪失再利用價值的電池，則對電池進行拆解和化學處理，完全回收鎳、鈷等金屬，用於生產新的電池，實現循環利用。

圖6 檢測到底做了哪些實驗，還是採用歷史數據來分析，需要評估費用

3.電池的拆解處理

2011年，豐田在日本與住友金屬合作，實現鎳的多次利用，能夠回收電池組中50%的鎳。豐田化學工程和住友金屬礦山為此配置了每年可回收相當於1萬輛混合動力車電池用量的專用生產線。

2012年，本田與日本重化學工業公司合作配置了類似的生產線，這條生產線可以回收超過80%的稀土金屬，用於製造新鎳氫電池。

在歐洲，豐田同時保持著與SNAM公司（法國）、優美科（Umicore）集團（比利時）的合作關係，由後兩者分別對鎳氫電池和鋰電池進行回收。這個涉及到一定的量能和使用率，在電池系統到模組再到電芯的拆解過程中，很多的工作需要去完善。

圖7 拆解同一規格和不同規格電池的處理方式有差異

下面是細節的處理方法，後續研報再來詳細介紹。

圖8 豐田的電池再處理循環體系

4、梯次利用

鎳氫電池回收後的梯次利用豐田也做了一些嘗試。

2015年，豐田將凱美瑞混合動力車的廢舊電池用於黃石國家公園設施儲能供電，重新設計了儲能電池管理系統，208個凱美瑞電池可存儲85KWh電能，將電池的使用壽命延長了兩倍。

圖9 整包做梯次，在小電池系統上，HEV/PHEV是必然的

反觀國內新能源汽車動力電池的回收利用，一方面，國內車企和車型太多了，簡單的把回收的責任全部交給一家家車企來完成，恐怕不太現實，相關的信息跟蹤會產生非常多的數據，對這些數據的有效把控頗有挑戰性；另一方面，大的鋰電池系統，接近壽命結束周期後有很多的狀態，如果沒有數據支持，出現漏液和鋰晶枝內部生成，與鎳氫電池的容量和危險性不同，不容易就地儲存，如果把責任分擔給各自的網路、各自處理，一是沒效率，二是會產生新的混亂

圖10信息跟蹤在電池回收中能起到多大的作用？值得思考