動力電池梯次利用標準化現狀探討

周 媛,信 天,王 鑫,劉 亞

（山東省產品質量檢驗研究院,山東 濟南 250102）

隨著電動汽車產業快速發展,鋰離子電池得到了廣泛應用,今后幾年退役鋰離子電池將快速增加。預計2020年累計退役量約達25 GW·h,2025年將累計超過90 GW·h。很多退役鋰離子電池的可用剩余容量達到額定容量的70%～80%,直接報廢會造成浪費,同時,若缺乏有效的回收與梯次利用體系和標準,將會影響電動汽車產業可持續發展和國家節能減排戰略的實施,造成嚴重的資源浪費和環境問題[1]。

退役動力電池梯次利用是在不增加資源的情況下延伸使用價值的一項工作,是一項增值服務,符合國家的戰略需求。標準是技術發展和應用的重要支撐,當前動力電池梯次利用生命周期各環節的技術標準亟待完善和深入研究[2]。

針對動力電池梯次利用的問題,相關部門從政策引導到標準制定等各層面已開始布局,以規范梯次利用市場,促進行業健康發展。本文作者歸納了動力電池梯次利用的相關標準,并進行介紹,指出現有標準存在的不足,提出相應的建議,為有關企業、行業技術人員和政府監管提供一定的參考,同時加深電池從業人員和相關機構對標準的理解,對提高行業整體水平具有重要的現實意義和指導價值。

1 標準簡介

目前,已從標準化戰略層面構建了國內動力電池梯次利用的標準體系框架,如圖1所示。

圖1 國內動力電池梯次利用標準體系框架Fig.1 Domestic standard system framework for echelon utilization of power batteries

目前,國內適用于動力電池梯次利用的通用標準主要有GB/T 33598-2017《車用動力電池回收利用 拆解規范》[3]、GB/T 34013-2017《電動汽車用動力蓄電池產品規格尺寸》[4]、GB/T 34014-2017《汽車動力蓄電池編碼規則》[5]和GB/T 34015-2017《車用動力電池回收利用余能檢測》[6];梯次利用標準主要有GB/T 34015.2-2020《車用動力電池回收利用梯次利用 第2部分:拆卸要求》[7]、DB34/T 3077-2018《車用鋰離子動力電池回收利用放電技術規范》[8]、DB31/T 1053-2017《電動汽車動力蓄電池回收利用規范》[9]和DB44/T 1203-2013《電動汽車用鋰離子動力電池回收利用規范》[10];管理規范主要有GB/T 38698.1-2020《車用動力電池回收利用管理規范第1部分:包裝運輸》[11]。

國外涉及動力電池性能、壽命和安全測試的技術標準主要有ISO 12405-1:2011《電池包和系統的測試規范-大功率應用》[12]、ISO 12405-2:2012《電池包和系統的測試規范-高能應用》[13]、IEC 62660-1:2010《用于電動道路車輛推進的次級鋰離子電池-性能測試》[14]、IEC 62660-2:2010《二次鋰離子電池用于電力道路的推進車輛-可靠性和濫用測試》[15]、IEC 62660-3:2016《二次鋰離子電池用于電力道路的推進車輛-安全要求》[16]、IEC 62281:2016《運輸過程中一次和二次鋰電池和電池組的安全性》[17]、IEC 62619:2017《二次電池和包含堿性或其他非酸性電解質的電池-工業二次鋰電池和電池的安全要求》[18]和UL 1642:2013《鋰離子電池的安全性測試》[19],但與電池梯次利用相關的標準目前僅有UL 1974:2018《再利用電池的評估》[20]。

2 國內相關標準

2.1 通用標準

通用標準主要有GB/T 33598-2017、GB/T 34013-2017、GB/T 34014-2017和GB/T 34015-2017。 這4項標準的發布單位都是國家質量監督檢驗檢疫總局,具體實施日期、適用范圍和主要內容見表1。

表1 國內適用于動力電池梯次利用的通用標準 Table 1 Domestic general standards for echelon utilization of power battery

GB/T 33598-2017可以指導企業進行電池拆解,為企業安全高效地進行電池拆解提供技術依據;GB/T 34013-2017明確規范了電池尺寸,引導減少電池規格數量;GB/T 34015-2017是廢舊動力電池余能檢測的測試標準,可為梯次利用提供安全保障;GB/T 34014-2017規范了動力電池編碼,可以促進梯次利用電池溯源管理。

2.2 梯次利用標準

現行梯次利用標準主要有GB/T 34015.2-2020、DB34/T 3077-2018、DB31/T 1053-2017和DB44/T 1203-2013等。GB/T 34015.2-2020由國家市場監督管理總局發布;DB34/T 3077-2018由安徽省質量技術監督局發布;DB31/T 1053-2017由上海市質量技術監督局發布;DB44/T 1203-2013由廣東省質量技術監督局發布。這表明,我國從國家到地方,動力電池梯次利用方面的技術標準都在逐步完善,能更好地發揮標準的支撐和引領作用,推動產業健康發展。這4個標準的具體實施日期、適用范圍和主要內容見表2。

表2 國內動力電池利用標準 Table 2 Domestic utilization standards of power battery

為應對動力電池梯次利用產業標準和配套法規不健全等問題,國內部分行業協會和產業技術聯盟制定了梯次利用的團體標準,助力產業健康發展。從全國團體標準信息平臺上查到的有關動力電池梯次利用團體標準[21-27]具體見表3。

表3 國內動力電池梯次利用團體標準 Table 3 Domestic group standards for echelon utilization of power battery

GB/T 34015.2-2020主要用來指導動力電池的拆卸,從2020年10月1日開始實施。該標準進一步完善了動力電池梯次利用標準體系,具有重要的指導作用。北京資源強制回收環保產業技術創新戰略聯盟和中國通信企業協會針對梯次利用的應用場景（電動自行車、低速電動車、儲能和通信）制定了相關團體標準,規定了相應有針對性的要求,對梯次利用電池的合理使用提供了參考依據。

2.3 管理規范

GB/T 38698.1-2020由國家市場監督管理總局發布,于2020年10月1日開始實施。該標準適用于電動汽車退役鋰離子動力電池包、模組、單體的包裝和道路運輸,規定了車用退役動力電池回收利用包裝運輸的術語和定義、分類要求、一般要求、包裝要求、運輸要求以及標志要求,為企業包裝運輸提供了指導,促進退役動力電池梯次利用可持續發展。

中國通信企業協會制定的團體標準T/CAICI 3-2018《通信行業梯次利用鋰離子動力電池經營企業管理規范》在2018年8月1日開始實施,規定了通信行業梯次利用鋰離子動力電池經營企業的資質、產品銷售和回收的要求,適用于通信行業梯次利用鋰離子動力電池。

3 國外相關標準

北美梯次利用動力電池標準UL 1974:2018《再利用電池的評估》概述了如何進行分類,識別電池的健康狀況,確定繼續使用的可行性,保證再利用電池的安全性和可靠性。UL 1974明確了梯次利用電池的技術要求、梯次利用工廠的技術要求和梯次利用電池的有效識別,以幫助梯次利用企業對退役電池梯次利用流程實現規范化管理。

4 啟示與展望

動力電池梯次利用已引起廣泛關注,但目前發布的相關標準仍無法滿足行業的需求。存在的問題和措施建議主要有以下幾點:

①目前動力電池標準主要是面向退役電池進行回收利用。電池類型不同,應用場合不同,相應的技術參數和測試方法也有所不同。針對特定的應用場景進行梯次利用,電池需符合與實際應用場景匹配的標準所規范的相關要求,在挑選、測試和重組等環節如何進行評估和檢測,梯次利用電池測試項目是否符合終端標準的需要,都缺少指導性操作手冊或標準,需要國家相關政策與標準的支持和規范。需要盡快建立與完善特定梯次利用應用場景的國家規劃標準體系。

②動力電池規格多樣,汽車用動力電池模組設計缺乏標準化,生產大都是按照具體車型的需要來進行設計;電池包參數、設計理念和結構存在較大差異,且同款電芯使用后性能也有所不同,再次成組難以保證一致性。動力電池梯次利用需要對不同來源和規格的退役電池進行回收、分揀,并重新整合,導致梯次利用的難度和成本增加。有必要統一電池模組設計的標準,將梯次利用融入動力電池設計和制造過程,加快制定相關標準,以提升退役電池梯次利用的效率。

③退役電池梯次利用的篩選、分級和評估標準不完善,分選測試再成組方法仍處于研究階段;同時缺乏質量管控標準,將影響梯次利用電池的性能、一致性、安全性和穩定性。缺乏可依據的標準和合適的檢測程序,也導致改裝退役電池的企業需要承擔更高的技術成本和風險。

④雖然已經制定和發布了動力電池回收利用相關的國內外標準,但針對梯次利用各環節的標準仍不充分,如動力電池退役判定檢測技術和梯次利用電池剩余價值評估技術等。需要逐漸完善梯次利用電池標準,用標準引領產業發展,更好地保證退役電池梯次利用標準化和梯次利用電池的安全性,為行業健康有序發展提供重要保障,同時,為更好地監督管理動力電池梯次利用提供技術支撐。

⑤在電池篩選與測試方面,目前多數是將傳統單體電池的測試和評估技術簡單平移后直接應用在模組上,而梯次電池模組的老化和不一致狀態不同,檢測和評估方法應有所不同,因此缺少相關標準和技術規范。退役電池拆解進行梯次利用時,要經過品質檢測、安全性評估、循環壽命測試等,然后進行篩選分級重組,再實現梯次利用。梯次利用是熱點和難點,突破各類技術難題具有重要的現實意義,有利于健全梯次利用標準體系,實現退役電池規范化梯次利用。

作為電池產品的檢測機構,應充分發揮市場監管的職責,及時關注標準動態和差異,加快推進動力電池退役判定檢測技術,監管市場準入門檻,在保障該類市場有序發展的同時,將使用價值和經濟效益發揮到最大化。