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我国新能源汽车动力蓄电池回收利用现状、问题及建议
2020-02-13

我国新能源汽车动力蓄电池回收利用现状、问题及建议

黎宇科、李震彪

中国汽车技术研究中心 政研中心


摘要:


当前,我国新能源汽车产业呈现持续快速发展态势,随之而来的废旧动力蓄电池若不能被妥善回收利用,会给社会带来较大的安全环保风险,且会造成钴、锂等战略资源浪费,势必会严重影响我国新能源汽车产业的健康可持续发展。我国在新能源汽车动力蓄电池回收利用行业的探索已走在了世界前列,国外也无成熟的经验可借鉴。本文在认真梳理我国动力蓄电池回收利用行业发展现状的基础上,深入分析当前行业存在的主要问题,并最终提出了具体的措施建议,供相关部门参考。



关键词:

动力蓄电池、回收利用、现状、问题、措施建议


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01

引言

随着我国新能源汽车产业的快速发展,我国已成为全球最大的能源汽车消费市场和动力蓄电池的生产和消费国。2018 年,我国新能源汽车产销分别完成127.0 万辆和125.6 万辆,同比分别增长59.9% 和61.7%,全国新能源汽车保有量达261 万辆。2018 年,我国动力蓄电池配套量达56.9GWh,同比增长56.3%。根据我们的预测,2020年我国新能源汽车动力蓄电池即开始进入规模退役期,退役量达到11.25GWh/ 年(14.09 万吨/ 年) 的规模,从2026 年开始进入爆发期,达到75.43GWh/ 年(66.28 万吨/ 年)的规模,2026 年之后每年的退役量都有较大幅度增长。

近年来,我国新能源汽车起火等事故频发,与动力蓄电池相关的不在少数[1-2],废旧动力蓄电池状态更加复杂,存在较大的起火等安全风险。其内所含的重金属、稀有金属、电解液、电解质和有机溶剂等物质,若不能被妥善回收利用会造成严重的环境污染[3]。随着动力蓄电池消费量的继续增加,钴、锂等有色金属的对外依存度将持续偏高,资源安全形势日趋严峻[4]。因此,构建健康可持续发展的新能源汽车动力蓄电池回收利用体系具有重要意义。

当前,动力蓄电池资源化再生利用的回收工艺主要为归纳为物理法、化学法和生物法三大类[5-7],我国多数再生利用企业采用以化学法中湿法冶金工艺为主的技术路线,且已具有成熟的产业化经验。当前研究的重点是如何构建规范高效的回收利用体系,包括基于EPR 制度并借鉴欧美等发达国家废旧电池回收经验,探索研究EPR 制度下动力蓄电池回收模式和制度体系的建设[8-10];从加强对产排污关键节点精准管理以及制定污染防治标准等角度提出环境管理建议[11]。


02

发展现状

目前,欧美日发达国家在便携式电池和汽车启动用电池(铅蓄电池)等方面已经构建了完整的回收网络[12],但在新能源汽车动力蓄电池回收利用方面尚未出台专门的法规政策,在动力蓄电池回收利用体系建设方面也尚无成熟的经验可以借鉴。我国是世界最大的新能源汽车市场,动力蓄电池回收利用行业发展和相关政策标准制定方面也都走到了世界前列。

2.1 政策标准现状

动力蓄电池回收利用问题已引起国家和社会的高度重视,为构建合理高效的动力蓄电池回收利用体系,国家相关部门已开始制定和逐步完善动力蓄电池回收利用的相关政策和技术标准。

2.1.1 政策现状

我国已初步搭建了以生产者责任延伸制度为基本原则的新能源汽车动力蓄电池回收利用政策体系框架,并持续完善,我们可以把这几年政策发展历程分为三个阶段,具体如下。

第一阶段是2016 年以前,这一阶段特点是动力蓄电池回收利用的规定在新能源汽车政策中以个别条款的形式出现。2012 年,国务院印发《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020 年)》,明确提出加强动力蓄电池梯级利用和回收管理,之后国家在多项新能源汽车推广政策中,均对动力蓄电池回收利用作出了规定。

第二阶段是2016 年至2018 年,主要特点是政府开始出台动力蓄电池回收利用专项政策。2016 年,全球首个动力蓄电池回收利用专项政策《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策(2015 年版)》印发,明确了生产企业是动力蓄电池回收的责任主体。随后工业和信息化部会同各相关部门相继出台了多项动力蓄电池回收利用专项政策,均坚持落实生产者责任延伸制度。

第三阶段是政策持续完善和全面试点阶段。2018 年以后,工信部等印发了《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》《关于组织开展新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知》《新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》等多个文件,在不断完善管理政策的同时,积极推动地方政府和企业开展废旧动力蓄电池回收利用试点示范工作。

2.1.2 标准现状

我国在动力蓄电池回收利用标准体系建设方面已走在世界前列,在全生命周期各环节均有布局国家标准。目前,动力蓄电池编码规则、产品规格尺寸、余能检测和拆解规范4 项国家标准已发布实施;梯次利用要求、拆卸要求、包装运输规范、材料回收要求4 项国家标准通过审查待发布;梯次利用产品标识、放电规范等标准已立项;可拆解性设计、可回收性设计、存储规范、可梯次利用设计指南、回收服务网点等国家标准也已开展前期研究。

2.2 产业发展现状

当前,我国新能源汽车动力蓄电池回收利用产业可较为清晰的分为“回收体系、梯级利用和再生利用”三个环节。

2.2.1 回收体系

回收体系是指将各相关主体产生的废旧动力蓄电池回收、收集、运输等的统称。规范高效的动力蓄电池回收体系是保障我国废旧动力蓄电池安全、环保、有序回收利用的基础,我国废旧动力蓄电池回收体系虽已开始构建,但十分不完善,构建责任主体是汽车生产企业,当前主要采用“企业自建+ 合作共建”的方式,其他相关主体也在积极探索建立废旧动力蓄电池回收网络,已构建的回收服务网点主要集中在京津冀、长三角、珠三角及中部等新能源汽车保有量较高的地区。

企业自建。大多数汽车生产企业采用该方式,指的是汽车生产企业利用自身签约的4S 店等销售和售后维修商网络来拆卸和暂存废旧动力蓄电池,回收的动力蓄电池交售给综合利用企业处理或自身开展相关探索研究(如开展梯级利用)等。当前,工业和信息化部网站公布的新能源汽车动力蓄电池回收服务网点信息中,98% 以上的回收服务网点均是采用依托销售和售后服务网点的方式。汽车生产企业通常会对4S 店等在人员安全、场地要求、危险材料存储和处理等方面提出相应的要求、提供防爆箱和给予技术培训等。

合作共建。汽车生产企业与第三方(动力蓄电池综合利用企业、其他类型的资源回收利用企业等)合作,利用第三方已经建好的回收服务网点(含回收拆解和再生利用基地),或者与第三方共建回收服务网点,集中回收新能源汽车退役动力蓄电池。

其他模式。例如利用废旧家电、报废汽车和环保及再生资源等领域已有的回收体系改扩建后作为废旧动力蓄电池回收体系,并同步开展线上和线下相结合的方式,增加废旧动力蓄电池回收业务,建立移动回收服务站等。

2.2.2 梯级利用

梯级利用是指将新能源汽车退役下来的废旧动力蓄电池(蓄电池包/ 蓄电池模块/ 单体蓄电池)应用到其他领域的过程,能够延长动力蓄电池生命周期,降低成本。开展梯级利用工作的主体包括动力蓄电池生产企业、汽车生产企业、第三方梯级利用企业和梯级利用用户企业等在内的产业链上下游各相关方。当前,受限于退役动力蓄电池规模,梯级利用处于产业化前期,相关企业主要在通信基站备用电源、电力系统储能、低速电动车以及其他小型储能领域积极开展相关技术研究、示范工程建设和商业模式探索等。

通信基站备用电源领域,我国目前主要是中国铁塔股份有限公司在开展相关的研究探索和试点示范,铁塔从2015 年10 月即开始组织行业内多家企业开展研究,陆续在12 省市3000 多个基站开展梯级的动力蓄电池替换现有的铅酸蓄电池的试验,试点运行超过2 年,状态良好,动力蓄电池可良好应用于通信基站备用电源的各种工况。铁塔公司已公布从2018 年开始,在备用电源应用时原则上停止采购铅酸电池。

电力系统储能领域,各相关企业在电网备电、调频、削峰填谷等多种应用形式上均有探索和研究示范,在技术研发方面已经积累可支撑项目稳定运行的实践经验[13],部分项目情况详见下表 1。

低速电动车领域1 的显著特点是社会保有量大。按照当前我国相关主管部门对四轮低速电动车的管理思路来看,四轮低速电动车动力蓄电池的技术条件要求与新能源汽车用动力蓄电池相关标准来设置,且新能源车用动力蓄电池相关技术要求和试验方法基本覆盖电动自行车锂离子电池相关标准。因此车用退役动力蓄电池在该领域的适应性较高,但需要注意的是,退役动力蓄电池实际应用时,应注意满足低速电动车对系统能量密度的要求,并在标称电压、外形尺寸等方面进行调整。行业内目前也有相关企业在开展相关的应用探索,无锡格林美与顺丰公司探索将梯次利用电池用于城市物流车辆,中天鸿锂等通过“以租代售”模式推动梯次利用电池在环卫、观光等车辆应用[14]。

此外,在小型分布式家庭储能、风光互补路灯等其他小型储能领域也有相关企业在开展动力蓄电池梯级利用研究和应用。

2.2.3 再生利用

再生利用是指对废旧动力蓄电池进行拆解、破碎、冶炼等处理,以回收其中有价元素为目的的资源化利用过程。目前,我国在动力蓄电池再生利用领域已有一定的产业基础,以工信部公布的《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》第一批5 家企业(衢州华友钴新材料有限公司、赣州市豪鹏科技有限公司、荆门市格林美新材料有限公司、湖南邦普循环科技有限公司、广州光华科技股份有限公司)为代表,普遍采用湿法回收工艺为主,技术成熟、元素回收率高,且能满足有关安全环保要求。

从不同的电池类型看,磷酸铁锂电池中所含有价金属主要为锂,当前退役规模较小的情况下,回收其中的材料较难实现盈利。三元电池中含有钴,镍等稀贵金属,可与回收到的3C 消费类锂电池一同处理,相比处理磷酸铁锂电池有较高的产品丰富性和盈利空间。


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03

存在问题

3.1 缺少专项法律法规

当前我国动力蓄电池回收利用领域出台的政策均是法律位阶较低的部门规章及一些技术规范和标准等,虽有针对性的细则,且涵盖了废旧动力蓄电池回收的较多方面,但缺乏强制性管理措施,对企业约束力不足,生产者、使用者和管理者的责任权利无法在法律上得到确认和保障;若部门规章之间、部门规章与地方政府规章之间发生冲突,由于没有一部处于统领地位的法律来协调各规章之间的关系,则会影响政策的最终执行效果。此外,对回收利用体系建设起决定性作用的两个主体,集团客户和私人消费者,目前还没有相关措施约束其行为。

3.2 回收体系仍未有效建立

已出台的技术政策和管理暂行办法,虽已明确汽车生产企业承担动力蓄电池回收主体责任,应建立回收渠道和回收服务网点,相关企业在动力蓄电池回收利用各环节履行相应责任。但由于目前我国实际退役动力蓄电池规模相对较小,且没有强有力的惩罚措施和手段,各主体的责任并未有效落实,再加上贸易商和非正规回收企业采用不合理价格进行回收等原因,导致大部分退役动力蓄电池流入非法渠道。

3.3 技术标准体系亟待完善

我国虽已在动力蓄电池回收利用领域发布了一系列的国家推荐性标准,但仍无法满足行业快速发展需求,亟待进一步完善。一是动力蓄电池生产制造领域相关标准缺失,在外观、叠片、绕组形式、集成形式以及电池包形式等方面都不相同,增加了拆解难度和回收利用成本。二是迫切需要的存储、回收服务网点建设、可回收设计、梯级利用等环节的国家标准制定进展比较缓慢。三是已出台相关标准仍需适时修订完善,如动力电池产品规格尺寸仍太多。四是与国家配套的落地的相关行业标准、团体标准、企业标准等制定进程缓慢。

3.4 梯级利用行业缺少引导和规范

当前,我国梯次利用行业在行业管理和市场推广等方面,亟待国家相关政策给予引导和规范。一是针对梯级利用企业缺乏明确的准入条件,在国家没有明确准入条件的情况下,市场上必然出现缺乏安全环保处理能力的梯次利用企业,打着“梯级利用”的名义,高价回收废旧动力电池进行非法经营,不仅扰乱了市场,还会给社会带来安全和环保风险。二是缺乏成熟的商业模式。当前退役的动力蓄电池状态不一,回收、拆解、检测、评估和重组等梯级利用各环节投入成本高,导致梯级利用的成本优势不明显,在电力系统储能等大规模应用领域尚无成熟可市场化推广的商业模式。三是新能源汽车用动力蓄电池的相关标准与拟应用领域和场景的相关标准的协调和对接滞后。

3.5 短期内再生利用行业难以盈利

当前,我国实际退役动力蓄电池规模较小,前期退役以磷酸铁锂电池为主,由于其贵重金属含量较少,再生利用经济性不高。工信部公布的第一批符合《规范条件》的5 家企业2018 年实际回收的废旧动力蓄电池仅约5500 吨,主要是汽车生产企业的研发电池。对于再生利用企业而言,只有满足一定的产能利用率时,企业才能盈利,根据各企业公开数据的不完全统计,截止2018 年,我国已形成的动力蓄电池再生利用产能已达46 万吨,行业的产能扩充规划已达约195 万吨,已呈现产能过剩的趋势,数量有限的退役动力蓄电池分散到各家企业后,再生利用企业的产能利用率均非常低,整个行业在近期内难以实现盈利。

3.6 相关技术亟待进一步突破

当前,我国在动力蓄电池拆解相关技术方面与国际先进水平差别不大,并且在湿法回收工艺方面已能够实际产业化运营。但是由于动力锂电池回收利用过程包括物理、化学、材料、工程等多个交叉学科,步骤和技术复杂冗长,涉及循环利用性设计、寿命评估、电池拆卸/ 拆解、梯级利用、资源化利用等多领域的技术仍待进一步突破。此外,新能源汽车与传统燃料汽车在核心总成和结构布局等方面均存在较大差异,且不同型号新能源汽车的车身结构、动力蓄电池形状、嵌入方式、安装位置等均不同,导致现有报废汽车回收拆解企业的技术已不能满足报废新能源汽车拆解的要求,亟待技术升级。


04

措施建议

4.1 研究制定具有强制力的专项法规

国家应抓紧研究制定动力蓄电池回收利用领域的专项法律法规,明确各相关部委的管理职能,按照动力蓄电池全生命周期过程中产权转移流程研究和设计各环节参与主体的责任和义务以及相关的惩罚措施,并与其他相关法律法规的衔接和协调,为动力蓄电池回收利用管理提供法律保证和依据。若出台动力蓄电池回收利用专项法律存在困难,亦可推动将所有电池产品(含铅酸蓄电池、消费类锂离子电池等)统一考虑,并在法律中明确消费者(使用者)的责任和义务。

4.2 持续完善配套管理制度

一是加快引导和规范动力蓄电池梯级利用。明确梯级利用企业的准入条件要求、梯级利用产品的技术要求、安全责任划分、应用领域范围、梯级利用后废旧电池的回收责任等内容,并适时制定强制性法规。二是进一步加严资源化再生利用企业的安全和环保准入条件。三是加强再生利用产能布局调控。按照新能源汽车保有量、汽车产业集群等条件,加强对新建回收处理产能的布局调控。

4.3 健全回收利用技术标准体系

坚持“标准先行”,持续健全和完善动力蓄电池设计生产、拆卸、包装运输、存储、余能检测、拆解、梯级利用和再生利用等各环节技术标准,为行业发展提供技术指导,保障公共安全和减少环境隐患。针对现阶段行业发展面临的突出问题,优先制定废旧动力蓄电池存储、回收利用网点建设、梯级利用等环节标准。并加快车用动力蓄电池标准与梯级利用应用领域已有相关标准的协调和对接。

4.4 加大对废旧动力蓄电池回收利用技术和装

备研发的支持认真研究动力蓄电池回收利用涉及的关键技术、工艺和装备清单,通过国家科技计划(专项、基金等)统筹资金,加大科研支持力度,攻克一批动力蓄电池回收利用关键技术与成套装备,将有助于推动我国在动力蓄电池回收利用技术形成国际引领。支持新能源汽车及动力蓄电池生产企业、动力蓄电池回收利用企业与科研院所、高等院校等加强产学研合作,组建产学研技术创新联盟,加强技术研发。

4.5 规范报废新能源汽车回收拆解管理

随着我国新能源汽车市场的逐步成熟,报废环节将成为废旧动力蓄电池的主要来源,需严格规范报废环节的相关管理制度,防止废旧动力蓄电池的非法流失。一是明确新能源汽车报废制度和拆解管理要求,保障报废新能源汽车和动力蓄电池流向资质拆解企业。二是加强相关技术标准的制修订,明确从事报废新能源汽车回收拆解企业应满足的技术条件。三是对报废汽车上拆卸下来的废旧动力蓄电池进行追溯管理。

4.6 完善相关财税支持政策

调整新能源汽车财政补贴方向,从提升规范回收利用渠道竞争力的角度给予各相关参与主体相应的财政补贴(奖励),包括汽车生产企业、私人消费者、综合利用企业等。充分利用各部委已有的政府专项资金,加强对动力蓄电池综合利用企业的支持。充分利用已有相关税收优惠政策,例如,可通过修订《资源综合利用产品和劳务增值税优惠目录》(财税[2015]78 号)相关内容,将废旧动力蓄电池再生利用纳入税收优惠政策范围。

4.7 加强行业监管和执法

一是强化对非法回收、倒卖和拆解动力蓄电池“小商贩”的打击力度,营造公平竞争市场环境。二是对非法现象保持“零容忍”,发现一起、查处一起、严惩一起。三是出台对动力蓄电池产权所有人违规处置电池的惩罚措施。


注:1 本文所称的低速电动车领域是一个宽泛概念,既包括了四轮低速车,也包含了电动三轮车和电动二轮车等在内。


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参考文献

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[14] 工业和信息化部节能与综合利用司. 新能源汽车动力蓄电池梯次利用步伐加快[EB/OL].http://www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057542/n3057547/c6647125/content.html.


注:本文转载自《资源再生》2019年08期。