袁博

（河南省社會科學(xué)院工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究所，鄭州 450000）

主題詞：動力電池 報(bào)廢 回收 對策

1 動力電池相關(guān)概念綜述

1.1 動力電池概念

動力電池是為交通工具提供動力來源的一種特殊電池，這些交通工具包括電動汽車、電動列車、電動自行車、高爾夫球車。動力電池是以電力為主要驅(qū)動方式的交通工具的動力來源，為交通工具提供持續(xù)行駛的能源，目前常見的動力電池主要有鉛酸電池、堿性電池、鋰離子電池、燃料電池等。

1.2 汽車動力電池的發(fā)展歷史

第一輛實(shí)際制造出來的電動車是由美國人安德森在1832到1839年之間發(fā)明的。這輛電動車所用的蓄電池比較簡單，是不可再充電的。1899年，德國人波爾舍發(fā)明了一臺輪轂電動機(jī)，以替代當(dāng)時在汽車上普遍使用的鏈條傳動。隨后開發(fā)了Lohner-Porsche電動車，該車采用鉛酸蓄電池作為動力源，由前輪內(nèi)的輪轂電動機(jī)直接驅(qū)動[1]。

此后，由于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)和石油開采技術(shù)的迅速發(fā)展，汽油逐漸占據(jù)汽車動力來源的主導(dǎo)地位，動力電池逐步被邊緣化，后來只是作為汽車電氣系統(tǒng)的蓄電池保留下來，但由于電氣系統(tǒng)的能量消耗較小，當(dāng)時的電池容量足以應(yīng)對，加之內(nèi)燃機(jī)在汽車動力來源地位的穩(wěn)固，導(dǎo)致相關(guān)技術(shù)長期停滯不前，直到1990年，通用汽車公司終于率先實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的突破，推出了EV1純電動汽車，再一次開啟了新能源汽車的新時代，EV1采用了32塊鉛酸電池作為主能源，一次充電可以行駛144 km，此后動力電池產(chǎn)業(yè)重新開始快速發(fā)展。

1991年，日本索尼（SONY）開發(fā)出了商業(yè)化的鋰離子電池，1995年，豐田將鎳氫電池應(yīng)用在普銳斯（PRIUS）混合動力車型上，在此建立了鋰離子電池在汽車上廣泛應(yīng)用的愿景，從此全球汽車工業(yè)開啟了不懈的探究與嘗試[1]。經(jīng)過近20年的發(fā)展，鋰離子電池已經(jīng)成為電動汽車的主要動力來源，并出現(xiàn)了不同的技術(shù)路線，包括鉛酸鋰電池、鉛酸鐵鋰電池、磷酸鐵鋰電池、磷酸錳鐵鋰電池等種類，適合不同的電動汽車使用。

與此同時，動力電池的另一重要組成部分—燃料電池也取得了長足的發(fā)展，2013年2月現(xiàn)代ix35 FCV于韓國蔚山工廠正式下線，成為世界上第一輛量產(chǎn)版氫燃料電池汽車，其后的數(shù)年，燃料電池技術(shù)快速發(fā)展，目前已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的燃料電池汽車量產(chǎn)和投放市場。

1.3 動力電池行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

2018年全球動力電池總出貨量為92.5 GW?h，同比增長45.8%，其中寧德時代以21.3 GW?h的出貨量排名第一，成為全球最大的動力電池企業(yè)，之后依次是松下、比亞迪、LG化學(xué)、AESC、三星SDI、國軒高科、力神、孚能和比克，排名前十的企業(yè)市場占有率達(dá)到88.7%，其中中國動力電池企業(yè)達(dá)到7家，韓國企業(yè)為2家，日本企業(yè)1家，中日韓三國幾乎壟斷了全球動力電池市場，牢牢占據(jù)動力電池的主力地位。

全球動力電池產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時也呈現(xiàn)出一些新的特點(diǎn)。

1.3.1 電池類型日漸多樣化

早期的動力電池類型比較單一，主要以鉛酸蓄電池為主，隨著電池材料的豐富和技術(shù)的進(jìn)步，逐漸出現(xiàn)了鋰電池、燃料電池等新型電池，同時鉛酸電池仍然被保留了下來，如今已經(jīng)發(fā)展出鉛酸鋰電池、三元鋰電池、鉛酸鐵鋰電池、磷酸鐵鋰電池、磷酸錳鐵鋰電池、燃料電池等不同種類，滿足不同價(jià)位和用途的電動汽車使用，隨著材料的進(jìn)一步豐富和技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，今后的動力電池種類會更加多樣化。

1.3.2 技術(shù)革新速度加快

動力電池產(chǎn)業(yè)在1990年之前的100多年的歷史中發(fā)展緩慢，在燃油車成為汽車主導(dǎo)之后更是停滯不前，技術(shù)上幾乎沒有任何發(fā)展，在上世紀(jì)九十年代鋰離子電池誕生之后，動力電池產(chǎn)業(yè)再一次找到了新的突破口，經(jīng)過20多年的發(fā)展，目前動力電池的安全性、續(xù)航、加速等方面的技術(shù)水平已經(jīng)基本可以滿足日常的商用和家用場景，同時還在這些方面不斷地提升，此外，動力電池產(chǎn)業(yè)在快速地進(jìn)行技術(shù)革新，如固態(tài)電池、燃料電池、無線充電都是近幾年新的技術(shù)路線和趨勢，在可預(yù)見的未來，動力電池的技術(shù)會持續(xù)不斷地快速發(fā)展。

1.3.3 發(fā)展過程中問題頻現(xiàn)

動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程雖然貫穿了整個汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展史，但是真正快速發(fā)展的時期是在最近20年，相比于發(fā)展已經(jīng)十分成熟的內(nèi)燃機(jī)，目前動力電池的發(fā)展依然處于初級階段，正在逐步邁向成熟，因此在發(fā)展的過程中不可避免地出現(xiàn)各種問題，主要包括技術(shù)問題和社會問題兩方面。技術(shù)方面電池自燃現(xiàn)象時有發(fā)生，安全性還有待提高，續(xù)航衰減明顯，特別是在極寒極熱等極端天氣情況的表現(xiàn)不盡如人意；社會方面，動力電池行業(yè)近年來新進(jìn)入企業(yè)數(shù)量暴增，野蠻生長，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)混亂，騙取補(bǔ)貼現(xiàn)象屢禁不止，加之民眾對新能源汽車的了解有限，導(dǎo)致動力電池產(chǎn)業(yè)的負(fù)面影響較大。

2 報(bào)廢動力電池的危害研究

動力電池由于長期使用一方面會出現(xiàn)電解質(zhì)活性減弱，另一方面電池容量逐漸下降，造成續(xù)航里程的縮短，使用到一定期限時會給汽車的行駛帶來一定的安全隱患，同時會使汽車在加速、續(xù)航方面的性能大幅度降低，當(dāng)電池容量衰減到初始容量的60%～80%左右，便達(dá)到設(shè)計(jì)的有效使用壽命，需進(jìn)行更換。電動乘用車電池的有效壽命在4～6年左右，電動商用車的電池有效壽命僅約3年左右[2]，通常是電池更換和整車報(bào)廢兩種方式，隨著新能源汽車的保有量和在汽車總量占比逐年提高，報(bào)廢動力電池的數(shù)量也急劇增加，而報(bào)廢動力電池的最終流向由于沒有統(tǒng)一的處理標(biāo)準(zhǔn)和流程，一般由各個汽車和動力電池生產(chǎn)企業(yè)以及專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行處理，由于缺乏有效的監(jiān)管和規(guī)范，目前仍處于管理混亂的階段，報(bào)廢動力電池一旦沒有經(jīng)過正確處理，會對自然環(huán)境和社會環(huán)境造成較大的危害，同時阻礙新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.1 對自然環(huán)境造成危害

動力電池的構(gòu)成比較復(fù)雜，其中有各種元素，早期的鉛酸電池中的鎘、鉛本身都是重金屬，目前應(yīng)用廣泛的鋰電池構(gòu)成更為復(fù)雜，還有磷、錳、鐵、鋰、鎳等元素，在報(bào)廢動力電池的過程中如處理方式不當(dāng)，可能會對自然環(huán)境造成污染，特別是金屬元素滲入到河流和土壤中，會對居民和動植物的健康造成嚴(yán)重影響。

此外，動力電池的外殼組成部分當(dāng)中還有塑料和鋁制品，除了金屬元素的污染外，還會對環(huán)境造成白色污染，進(jìn)一步加劇對自然環(huán)境的破壞。

2.2 造成自然資源的浪費(fèi)

除了對自然環(huán)境的污染之外，動力電池還無法得到有效的二次利用，動力電池雖然報(bào)廢，但可以通過一定的方法提取出尚可使用的資源，形成循環(huán)利用的良性生態(tài)，而目前動力電池還無法得到有效回收，造成自然資源的極大浪費(fèi)，一方面動力電池產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，需求量和報(bào)廢量均快速增長，據(jù)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，到2020年我國動力電池市場需求量將達(dá)125 GW?h，報(bào)廢量將達(dá)32.2 GW?h，約50萬噸，到2030年，動力電池報(bào)廢量將達(dá)101 GW?h，約116萬噸，但另一方面，動力電池回收發(fā)展嚴(yán)重滯后，據(jù)高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII）統(tǒng)計(jì)[3]：2018年，動力電池總報(bào)廢量達(dá)7.4萬噸，數(shù)碼電池總報(bào)廢量達(dá)16.7噸，動力電池回收量為5 472噸，只占總報(bào)廢量的7.4%，回收比例過低，大量的報(bào)廢電池沒有得到有效處理，造成企業(yè)生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品需要重新投入新的資金和原材料，使得生產(chǎn)成本居高不下，導(dǎo)致利潤下降，影響長期的可持續(xù)發(fā)展[4]。

2.3 影響新能源汽車產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展

新能源汽車產(chǎn)業(yè)目前還處于發(fā)展的初級階段，社會大眾接受程度還不高，相當(dāng)部分的消費(fèi)者對新能源汽車在技術(shù)方面的發(fā)展持觀望態(tài)度，對于新能源汽車在發(fā)展當(dāng)中遇到的問題格外關(guān)注，報(bào)廢電池處理事關(guān)新能源汽車對于自然環(huán)境和資源的影響，同樣受到社會大眾和廣大媒體的關(guān)注，而目前由于報(bào)廢動力電池處理的不規(guī)范和效率低，導(dǎo)致新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展備受質(zhì)疑，使?jié)撛诘南M(fèi)者繼續(xù)保持觀望態(tài)度，降低對新能源汽車的接受度，使新能源汽車銷量增長緩慢，進(jìn)而影響新能源汽車產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展。

3 動力電池報(bào)廢與回收對策研究

報(bào)廢動力電池的處理問題已經(jīng)對現(xiàn)有的自然環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境造成了實(shí)質(zhì)性影響，如不能得到有效的解決，必將進(jìn)一步阻礙新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，持續(xù)對環(huán)境造成破壞，

相關(guān)部門已經(jīng)開始重視這一問題，2018年1月26日工信部、科技部、環(huán)保部、交通運(yùn)輸部、商務(wù)部、質(zhì)檢總局、能源局聯(lián)合印發(fā)《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，共有五章三十一條，自2018年8月1日施行，旨在提出報(bào)廢動力電池的切實(shí)有效的解決方案，但由于是初期的暫行方案，目前無法預(yù)測其執(zhí)行的程度和力度，執(zhí)行效果有待進(jìn)一步觀察。

在目前的缺乏政府部門主導(dǎo)的大背景下，動力電池的報(bào)廢與回收工作主要是依靠動力電池和新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)以及專業(yè)機(jī)構(gòu)在進(jìn)行，本章就此問題提出以下具體可操作的對策建議，以此解決動力電池的報(bào)廢與回收問題。

3.1 加快電池相關(guān)技術(shù)的革新，延長電池使用壽命

現(xiàn)有的動力電池使用壽命一般在5～10年，加之極端天氣如高溫和低溫對動力電池的影響較大，導(dǎo)致動力電池報(bào)廢年限較發(fā)動機(jī)更短，而目前動力電池的更換成本較發(fā)動機(jī)更高，新能源汽車的實(shí)際使用成本優(yōu)勢不明顯，甚至還要高于燃油車，使得大眾對于新能源汽車的接受度不高，造成新能源汽車發(fā)展受阻。

近年來，動力電池產(chǎn)業(yè)一直在不斷地進(jìn)行技術(shù)革新，由特斯拉支持的加拿大Dalhousie大學(xué)Harlow和Dahn教授的研究表明[5]，新型鋰電池技術(shù)可以使汽車電池壽命達(dá)到160萬公路（100萬英里）。在延長電池使用壽命方面，如研發(fā)固態(tài)電池等新型材料電池、改善電池的保溫和冷卻系統(tǒng)、改進(jìn)電池充換電方式等，可以提高動力電池的全生命周期壽命，從根本上解決電池報(bào)廢回收問題，由于固態(tài)電池技術(shù)尚不成熟，保溫冷卻系統(tǒng)對電池壽命提升較小，電池快速充電對電池容量仍然有一定的損害，目前比較有效的延長電池使用壽命的方法是換電池技術(shù)。

換電池技術(shù)即把單次容量耗盡的動力電池通過可拆卸動力電池的底盤結(jié)構(gòu)將電池取出，將已經(jīng)充滿電的動力電池裝入，從而保證新能源汽車的續(xù)航里程，動力電池拆卸下來之后都要進(jìn)行專業(yè)的檢測和保養(yǎng)，對其進(jìn)行集中管理，動力電池的維護(hù)頻率要遠(yuǎn)高于非可更換的動力電池，從而保證了電池的持續(xù)耐用，延長電池的使用壽命，目前蔚來、宇通、北汽、眾泰等企業(yè)生產(chǎn)的新能源汽車均采用了換電池技術(shù)，換電池技術(shù)已經(jīng)滲入到乘用車和商用車領(lǐng)域，換電池技術(shù)是短期內(nèi)可以解決新能源汽車?yán)m(xù)航問題和延長使用壽命的最有效方法。

但同時，電池頻繁更換需要更多的備用電池和更多的檢測保養(yǎng)次數(shù)，底盤需要做出針對性的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，會大幅增加企業(yè)的運(yùn)營成本，而且由于換電技術(shù)目前還不成熟，事故時有發(fā)生，需要進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

3.2 企業(yè)建立電池報(bào)廢電池回收體系，促進(jìn)動力電池二次利用

作為電池報(bào)廢和收回利用系統(tǒng)的最直接參與者，新能源汽車企業(yè)在其中的作用舉足輕重，應(yīng)率先建立完善的動力電池回收和循環(huán)利用機(jī)制和系統(tǒng)（圖1），充分發(fā)揮生產(chǎn)企業(yè)的整合優(yōu)勢，發(fā)掘和利用報(bào)廢動力電池的剩余價(jià)值，使報(bào)廢動力電池可以循環(huán)使用，為企業(yè)節(jié)省成本，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

圖1 報(bào)廢電池處理流程

目前企業(yè)的電池報(bào)廢回收體系主要分為兩種，企業(yè)內(nèi)部再利用和對外二次銷售，企業(yè)內(nèi)部再利用是指將報(bào)廢的動力電池進(jìn)行重新檢測和處理，用于企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)的動力電源，以寧德時代為例，2018年寧德時代的動力電池裝機(jī)量占國內(nèi)總裝機(jī)量的40%以上，是目前國內(nèi)最大的動力電池供應(yīng)商，同時其報(bào)廢電池占有量巨大，寧德時代早在2017年就開始涉足動力電池回收業(yè)務(wù)，建立“電池正極原材料-動力電池系統(tǒng)-報(bào)廢電池回收”的鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)，而回收后的動力電池主要是作為其生產(chǎn)線的儲能備用電源使用。

此外，回收的動力電池二次銷售模式也成為了近年來相關(guān)汽車企業(yè)新的報(bào)廢電池處理方式，對報(bào)廢動力電池進(jìn)行再處理，重新推向市場銷售，既節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時增加了銷售收入，更重要的是解決了報(bào)廢動力電池的閑置問題，目前包括比亞迪、北汽、榮威等多家新能源汽車企業(yè)都在進(jìn)行二次銷售模式的探索，以比亞迪集團(tuán)為例，比亞迪已經(jīng)連續(xù)4年成為全球新能源汽車的銷量冠軍，同時是全球第二大動力電池制造商，龐大的整車需求導(dǎo)致報(bào)廢動力電池?cái)?shù)量的激增，促使其較早地開展動力電池回收業(yè)務(wù)，由于比亞迪本身涉足儲能產(chǎn)品，消費(fèi)者對其體積和能量密度要求不高，使得能量密度和處理成本都較低的報(bào)廢動力電池成為理想的原材料，比亞迪的儲能產(chǎn)品系列，從小的家庭儲能系統(tǒng)，到中間級別的工商業(yè)儲能產(chǎn)品，到大的公用級別的集裝箱系統(tǒng)，全方位地覆蓋了目前的市場需求，截止到2018年年底，比亞迪已經(jīng)為全球合作伙伴提供了近百個工業(yè)級儲能解決方案，儲能產(chǎn)品遠(yuǎn)銷21個國家，96個城市，覆蓋全球6大洲，出貨總量超600 MW?h，根據(jù)CNESA全球儲能項(xiàng)目庫的統(tǒng)計(jì)，2018年，全球新增投運(yùn)的電化學(xué)儲能項(xiàng)目中，比亞迪在中國儲能系統(tǒng)集成供應(yīng)商中排名第一，在全球的儲能市場中占據(jù)重要地位，而這樣的成績得益于比亞迪地成熟報(bào)廢電池回收體系的建立[6]。

3.3 建立“都市礦山”，提高報(bào)廢動力電池的全領(lǐng)域利用率

“都市礦山”的概念最早是由日本在20世紀(jì)80年代提出，日本是一個礦產(chǎn)資源匱乏的國家，早年主要依賴進(jìn)口，需要耗費(fèi)大量的資金，政府和企業(yè)長期以來一直在致力于如何最大化地減少對進(jìn)口礦產(chǎn)資源的依賴，提高本國礦產(chǎn)資源的存儲量，通過建立“都市礦山”將使用過的廢棄電子器械作為礦物資源，進(jìn)行有計(jì)劃的回收，從中獲取可利用的資源，經(jīng)過30多年的積累，日本“都市礦山”中的金、銀、鉛儲量位居世界首位，銅含量位居世界第二位，每年可以為日本節(jié)約大量資源采購資金，同時降低對稀有原材料的依賴度，持續(xù)保持高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展優(yōu)勢，“都市礦山”體系使日本成為目前報(bào)廢電子產(chǎn)品回收利用率最高的國家，正在向礦產(chǎn)資源儲量大國邁進(jìn)。

目前，中國的工業(yè)發(fā)展存在同樣問題，中國的多項(xiàng)礦產(chǎn)資源儲量位居世界首位，但由于傳統(tǒng)重工業(yè)的高能耗，加之缺乏相應(yīng)的報(bào)廢電子產(chǎn)品回收體系，最終導(dǎo)致礦產(chǎn)資源儲量不高，某些資源甚至需要花費(fèi)大量資金進(jìn)口，同時相關(guān)高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展由于原材料問題制約了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，最終對整體的經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成影響，礦產(chǎn)資源的儲量不足已經(jīng)成為目前棘手解決的問題。

動力電池構(gòu)成比較復(fù)雜，還有猛、鐵、鋰、鋁、鋼等金屬以及苯橡膠SBR、聚偏氟乙烯PVdF、丙烯酸等復(fù)合材料，加之動力電池的體積和重量較一般的電子產(chǎn)品更大，即使是報(bào)廢動力電池的回收利用價(jià)值依然十分可觀，而在此背景下，建立報(bào)廢動力電池的“都市礦山”迫在眉睫，“都市礦山”首先可以節(jié)約進(jìn)口資源的資金，降低對原材料的依賴度，其次充分的循環(huán)利用動力電池中的殘余資源，將使用范圍擴(kuò)展至整個制造業(yè)領(lǐng)域，促進(jìn)整體國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，最重要的是金屬礦山可以將報(bào)廢動力電池集中管理，最大限度地降低環(huán)境污染，是比較理想的處理方式。

目前已經(jīng)有部分新能源汽車企業(yè)開始著手“都市礦山”的建立，以北汽新能源為例，公司建立了整套動力電池回收系統(tǒng)，已經(jīng)開發(fā)了電池?zé)o害化處理、電池梯次利用和稀貴金屬提煉技術(shù)，建立了實(shí)體工廠，將鋰電池通過物理和化學(xué)方法將其中的主要成分重新提純、回收利用，提供給相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)，實(shí)現(xiàn)對整個產(chǎn)業(yè)鏈礦產(chǎn)資源的循環(huán)可持續(xù)利用，當(dāng)然現(xiàn)階段的報(bào)廢動力電池回收還處于初級發(fā)展水平，需要政府部門和生產(chǎn)企業(yè)共同推動動力電池全產(chǎn)業(yè)的更大規(guī)模的“都市礦山”體系的建設(shè)[7]。

4 結(jié)語

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，報(bào)廢動力電池的處理問題會進(jìn)一步凸顯，目前的解決方案雖已取得部分成效，但還遠(yuǎn)未能達(dá)到預(yù)期，動力電池報(bào)廢與回收的對策與措施需要政府相關(guān)部門、汽車生產(chǎn)企業(yè)以及專業(yè)處理機(jī)構(gòu)共同努力，使動力電池的報(bào)廢與回收問題在不遠(yuǎn)的將來能夠得到徹底有效的解決。