報廢的電動車動力鋰離子電池 可不可以持續給光伏做儲能？

玩具車里的電池沒電了之后，先別著急扔，放到遙控器、掛鐘里，還能再用很長一段時間。電動車里的動力鋰離子電池也存在類似的情況：由于續航里程的要求，當車載動力鋰離子電池的容量下降到惟有原先容量的80%的時候，就不得不報廢了。但用在電車上雖然不行，可不可以在其他要求相對低一點的范疇持續發揮余熱呢？

這便是電動車動力鋰離子電池梯次利用的概念。麻省理工大學的一個研究團隊近期在《使用能源》（AppliedEnergy）雜志上刊文，分解了將已經退役的電動車動力鋰離子電池，用于為太陽能光伏電站供應儲能服務的經濟可行性。他們得出的結論是，盡管業界對這樣做的成本問題憂心忡忡，但倘若二手電池的價格可以低于新電池的60%，再輔以適當的運行控制策略，報廢動力鋰離子電池用作新能源儲能也可以是劃算的。

該論文的第一作者、麻省理工大學博士后IanMathews認為，動力鋰離子電池梯次利用為光伏電站供應儲能這件事，真的可行。

近年來，電動車技術日臻成熟，再加上各國在不同層面上的政策扶持，全球電動車銷量屢創新高。不過，與常規燃油車不同的是，汽車雖然可以開很久，電動車上的電池卻不行。隨著電池充放電循環次數的新增，其可以儲存的最大電量電池的容量會逐步衰減、下降。當容量下降到原始容量的80%以下時，就將無法滿足續航里程的要求，非得更換新的電池。

換下來的報廢電池，其命運往往就是回收站了。在那里，電池里的貴金屬、電極等材料將被回收，而其他的部分，在無害化解決之后，就將塵歸塵，土歸土了。有機構預計，2020年我國動力鋰離子電池報廢裝機量將達到約25GWh。這么多的其實還能用的電池就這么報廢了，確實是太遺憾了。

因此，隨著兩三年前我國第一批動力鋰離子電池的退役，動力鋰離子電池梯次利用的概念便走進了人們的視野。雖然無法持續用在汽車上了，但還有80%的容量，仍舊老當益壯，可以志在千里。

城市里閃轉騰挪的電動自行車，鄉村道路上隨處可見的低速電動車，建設在偏遠山區的通信基站，為光伏、風電等不穩定的新能源供應平衡發電輸出的儲能電站，理論上都可以是報廢動力鋰離子電池的理想去處。

在這些使用場景里，仍舊擁有80%容量的鋰電池，還可以安全地持續使用到容量衰減到60%甚至更低的程度。據估計，到2025年，我國動力鋰離子電池梯次利用的市場將有望達到近300億元的規模。各路英豪紛紛摩拳擦掌，打算在這片藍海里闖出一番乾坤。

然而，盡管看上去梯次利用的優點顯而易見，但實際總是比夢想骨感一些。

理論上還有80%電量的電池，實際操作起來卻不一定是那么回事。

所謂的容量下降到原始容量的80%，并不等于所有的電池都下降到了80%。電動車使用的電池，是由一節一節的單體電池也就是所謂的電芯所組成的。許多電芯經過串聯、并聯組成電池模塊，許多電池模塊再加上管理系統、冷卻系統、控制系統，才能最終組成了裝在汽車上的電池組。

盡管按照同樣的辦法加工組裝，但每一個電芯的性能是略有差異的。組裝到電池模塊里之后，其使用情況也不盡相同。到了報廢的時候，電池模塊的容量下降到了80%，但詳盡到每一個電芯上，剩余的電量卻有高有低。

倘若一節單體電池的容量已經非常低了，超期服役會發生電池容量的猛然衰減，俗稱跳水。跳水可能會導致電池膨脹、起火等安全事故的發生，威脅到電池模塊、甚至整個用電系統的安全運行。就算沒有跳水，電池的壽命也大限將至，無法按照設計發揮應有的用途。

因此，要想對動力鋰離子電池進行有效的梯次利用，就非得把每一個電芯都從嚴密包裹著的電池組、電池模塊里拆出來，對其容量、電阻等性能進行充足測量，依據這些參數分解出每一個電芯的實際性能，再將性能相似的電池重新組成新的電池模塊。這個過程幾乎相當于把電池模塊重新設計和加工了一次。

而且，這個重新加工的過程還很難實現規模化。且不說不同批次、廠家的電池規格、材料不盡相同，這些電芯甚至連形狀都有可能不相同電芯可以是一般干電池那樣的圓柱形，也可以是方的、扁的這樣一來，盡管二手電池的電芯成本比全新電池要低，但對不同批次、甚至不同廠家加工的電池組進行徹底的拆解，對每一個電芯進行測試，再分類、篩選，組裝成全新的電池模塊，工作量巨大，成本也很高。

此外，動力鋰離子電池和儲能電池的設計要求本身就不相同。動力鋰離子電池要求更高的能量密度，畢竟一輛車可以攜帶的電池重量有限，非得盡可能地提高可以儲存的電量；但儲能電池、備用電源電池對空間的要求就沒那么高了，更多的是要有更長的壽命。太陽能光伏電池的壽命動輒二三十年，與之配套的儲能電池倘若要頻繁更換，會嚴重新增儲能電站的成本。

而且，由于本來就是二手電池，其壽命天然就比新電池要短。最后算下來，二手電池究竟劃不劃算，一直是一個問號。

目前，業界普遍認為，報廢動力鋰離子電池用在低速電動車、通信基站上，還是可以接受的。

但大家最期望的，是將二手動力鋰離子電池用于新能源儲能。儲能技術被認為是能源轉型的瓶頸、應對氣候變化的關鍵，大多數電池專家都認為，全新的鋰電池并不能滿足要求，要研發新的化學儲能原理來讓電池擁有更低的成本和更高的壽命。至于二手動力鋰離子電池可不可以在保證使用壽命的前提下有效降低成本，則一直眾說紛紜，沒有確切的答案。

麻省理工大學的這篇論文，就針對這個問題給出了自己的解讀。

為了評估使用電池進行儲能的經濟效益，研究人員假設了一座位于美國加利福尼亞州的2.5MW的光伏電站。并按照加州的政策法規、商品的服務和價格，比較了三種情況下的成本和收益。這三種情況分別是：1）不安裝電池，2）安裝全新電池，3）安裝只剩80%容量的二手動力鋰離子電池。

為了估計電池的容量隨著時間推移的衰減程度，他們使用了一個基于實際數據的半相關經驗模型。這個模型考慮了電池內部固體-電解質之間界面的非線性上升、隨著使用年限帶來的容量衰減，以及隨著循環壽命的新增帶來的容量衰減，以及電池的使用溫度。之前的研究發現，這個模型可以非常準確地估計各種鋰電池的容量衰減程度。

經過計算，研究人員發現，倘若不嚴格控制二手電池的使用方式，其容量衰減將會很快，經濟性也會很差。

但若是嚴格控制二手電池的充放電深度，高不超過65%，低不低于15%，那么電池容量的衰減將會變得很慢。假設電池容量衰減到60%就要徹底報廢，那么二手動力鋰離子電池作為光伏儲能的使用壽命會長達16.1年。這個年限只比擁有100%初始容量的全新電池短一年多。

在這種情況下，只要二手電池的成本低于新電池的80%，其所能帶來的收益就將高于新電池。不過，這并不意味著二手電池用作光伏儲能就是劃算的。若是要保證順利收回建設光伏電站和儲能設施的投資，要讓二手電池的成本低于新電池的60%。

換句話說，倘若想要通過動力鋰離子電池梯次利用的方式，實現鋰電池使用于大規模光伏儲能的設想，二手電池的成本非得比新電池低四成，詳盡使用過程中還要嚴格控制其充放電深度。

倘若要做到這一點，從政府到公司都得再下功夫。其中最緊要的，是電池的加工和測試非得標準化，確保不同廠家、不同批次的電池可以用同樣的方式大規模拆解、測試、重組。麥肯錫的一則報告估計，到2030年，動力鋰離子電池梯次利用的規模將可以滿足一半的新能源儲能消納的需求。但前提是，那時的電池非得用以終為始的態度，降低二手電池的出產成本，最大化地利用每一節電池的價值。

麻省理工大學博士后IanMathews表示，電動車的加工商、電池加工商、光伏電站等各利益相關方都應當坐下來好好討論一下，因為動力鋰離子電池梯次利用為光伏電站供應儲能這件事，真的可行。

參考：

MathewsI,XuB,HeW,BarretoV,BuonassisiT,PetersIM.Technoeconomicmodelofsecond-lifebatteriesforutility-scalesolarconsideringcalendarandcycleaging.ApplEnergy2020;269:115127.doi:10.1016/j.apenergy.2020.115127.

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王娜.要怎么樣沖破動力鋰離子電池回收產業發展瓶頸.vol.85.2017.

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