動力電池邊跑邊創(chuàng)新 破局電池回收難題

　　作為新能源汽車成本占比最大的零部件，動力電池的發(fā)展是新能源汽車產(chǎn)業(yè)應用過程中極其重要的一環(huán)。動力電池如何實現(xiàn)低碳要求?回收利用情況如何?技術創(chuàng)新到了什么地步?這些問題一直牽動著業(yè)界的神經(jīng)。

　　動力電池加快低碳發(fā)展

　　隨著新能源汽車快速推廣應用，帶動關聯(lián)的動力電池產(chǎn)能也在快速增長。

　　據(jù)統(tǒng)計，截至2023年底，全球動力電池產(chǎn)能已達到2.2TWh，遠超過2023年動力電池需求量750GWh。根據(jù)國際能源署測算，如今已投產(chǎn)和計劃投產(chǎn)的全球動力電池產(chǎn)能恰好與凈零排放路徑所要求的產(chǎn)能相匹配。

　　在此背景下，各國碳足跡核算法規(guī)和方法如何協(xié)同?供應鏈盡職以及數(shù)據(jù)分享與跨境傳輸如何落實?電池大規(guī)模退役、回收與再生等問題如何應對……正在成為各國政府和產(chǎn)業(yè)界關注的焦點。

　　此外，新體系電池技術研發(fā)正快速推進，固態(tài)電池、鋰金屬電池、富鋰錳基電池、鈉離子電池等技術體系均取得了顯著進展，極大地豐富了未來動力電池技術路線和產(chǎn)品系譜。

　　無論是產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展需求，還是國際上各經(jīng)濟體提出的發(fā)展目標，動力電池產(chǎn)業(yè)都有較大的發(fā)展空間。

　　國際能源署能源科技與交通分析負責人Elizabeth CONNELLY指出，2016年，能源部門占全球電池需求的一半左右;到2023年，電池市場已經(jīng)增長了10倍，而能源部門占比超過90%。從2010年起，電池成本下降了90%，為電動汽車和電力部門的電池儲能創(chuàng)造了新的機遇。

　　多位業(yè)內(nèi)人士認為，在主要電動汽車市場中，如果已宣布的電池產(chǎn)能能夠完全建成，將能夠滿足各國政府氣候雄心下國內(nèi)的生產(chǎn)需求。要實現(xiàn)COP28(《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十八次締約方大會)提出的2030年可再生能源目標，即2030年全球可再生能源裝機容量至少達到1.1萬GW，儲能容量需要增加6倍至1500GW以上，其中電池占增長量的90%，抽水蓄能、壓縮空氣和熱能儲能可作為補充。

　　如何保證實現(xiàn)低碳化，成了當前眾多國際組織的硬性要求。中國汽車技術研究中心有限公司首席專家孫鋅表示，歐盟《新電池法》當中對于碳足跡的要求，無論是對于電動汽車企業(yè)，還是對于電池企業(yè)，都是一個挑戰(zhàn)，包括碳足跡如何核算、碳足跡相關數(shù)據(jù)如何獲取、核算結果能不能被認可。

　　中國環(huán)境科學研究院環(huán)境管理研究中心主任謝明輝進行了電動汽車碳足跡及動力電池碳足跡的研究，結果表明EV(電動汽車)和ICEV(燃油汽車)的碳排放為25022kg(166.8g/km)和39497kg(263.3g/km);EV的原料獲取、運行使用階段占比44%、52%，動力系統(tǒng)在生產(chǎn)階段排放的碳排放占比72%，而ICEV運行使用階段占比86%。采用定向循環(huán)工藝和循環(huán)再生工藝回收1kg動力電池可減少碳足跡2.76kg和3.75kg;與原生產(chǎn)品相比定向循環(huán)工藝和循環(huán)再生工藝分別可減少7%和10%的碳足跡。

　　破局動力電池回收難題

　　隨著新能源汽車逐漸普及，首批動力電池即將迎來回收高峰，如何回收再利用，成了擺在整個行業(yè)面前的“大問題”。

　　Elizabeth CONNELLY表示，從現(xiàn)在到2030年，循環(huán)電池材料依然比較有限，在未來10年內(nèi)應進一步擴大電池材料的回收力度，這需要動力電池回收企業(yè)和電池生產(chǎn)企業(yè)開展更多合作。在考慮電動汽車全球化的背景下，需要在全球更多地方布置回收網(wǎng)點，如電動汽車出口到了非洲，也需要在這些地方加速充電設施建設和回收網(wǎng)點布置，可以更好地促進電池回收。

　　巴斯夫(中國)有限公司電池材料銷售經(jīng)理王濤指出，與未來可能的其他替代方案相比，回收將有助于降低約22%的碳排放，通過回收每輛汽車可實現(xiàn)約500kg的碳減排。巴斯夫電池材料及回收研發(fā)團隊圍繞產(chǎn)品研究、產(chǎn)品開發(fā)、工藝技術、下一代電池體系、回收、數(shù)字化等開展了大量工作，技術路線包括高電壓、高鎳、鈉電池、固態(tài)電池等材料，目標是為電動車市場提供高比能、低成本和可持續(xù)發(fā)展的電池材料。

　　寧德時代董事長曾毓群表示，公司提出了“零碳新基建”的解決方案，公司具備27萬噸廢舊電池處理能力，未來將達到100萬噸的廢舊電池回收產(chǎn)能。

　　曾毓群解釋到，“零碳新基建是通過科技創(chuàng)新、新型商業(yè)模式，推動基礎設施的升級，構建一個高效、智能、零碳的基礎設施體系”。按照曾毓群的觀點，除了交通電動化，港口、碼頭、工廠園區(qū)、城市都需要通過零碳解決方案實現(xiàn)再造。

　　“電池必須實現(xiàn)可循環(huán)，否則將帶來新的環(huán)境問題，可持續(xù)發(fā)展也就無從談起。”為了做到可持續(xù)，曾毓群介紹，寧德時代構建了電池全生命周期管理體系，涵蓋上游供應鏈、電池設計、生產(chǎn)、使用、回收和再制造等各個環(huán)節(jié)，致力于最大化循環(huán)利用。據(jù)他透露的數(shù)據(jù)，去年寧德時代回收了10萬噸廢舊電池，重新生產(chǎn)1.3萬噸碳酸鋰，鋰回收率達到91%，鎳鈷錳回收率達到99.6%。

　　曾毓群稱，預計到2042年，全球生產(chǎn)的電池將一半用回收鋰，一半用礦產(chǎn)，就能滿足社會需求。未來或?qū)⒉辉匍_采新礦產(chǎn)資源，全部依靠回收資源進行制造，全面實現(xiàn)資源循環(huán)，打造“零碳”新合作。

　　此外，曾毓群透露，寧德時代正在聯(lián)合全球電池聯(lián)盟共同開展電池護照試點項目，并于去年1月發(fā)布了首批電池護照。不久之后，新的電池護照標準將會發(fā)布。

　　電池護照將包含電池全生命周期的材料來源、電化學組成、制造歷史、碳足跡等數(shù)據(jù)，來證明電池的“可持續(xù)表現(xiàn)”。根據(jù)全球電池聯(lián)盟官網(wǎng)顯示，寧德時代是電池護照指導委員會中的成員之一。

　　電池護照已成為我國電池“出海”成功與否的關鍵因素。根據(jù)歐盟《新電池法》規(guī)定，從2026年起，新購買的電動汽車電池和大型工業(yè)電池，單個電池超過2度電時，必須擁有電池護照才能進入歐洲市場。

　　在全球“零碳合作”上，曾毓群表示，公司正通過LRS(License Loyalty Service)模式，向全球車企乃至電池企業(yè)提供專利許可、技術和服務支持。

　　中國生態(tài)環(huán)境部固體廢物與化學品管理中心總工程師韋洪蓮指出，退役動力電池同時具有資源屬性和環(huán)境屬性，完善且綠色高效的廢舊動力電池回收與再利用系統(tǒng)是推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)，對中國“雙碳”目標的實現(xiàn)具有重要支撐作用。

　　“電池從生產(chǎn)到退役再到梯次利用以及電池資源的回收再循環(huán)，已經(jīng)形成了系統(tǒng)體系，我們對電池的退役有了充分的準備。”中國科協(xié)主席、世界新能源汽車大會主席萬鋼說。

　　技術創(chuàng)新推動產(chǎn)業(yè)鏈重構

　　“固態(tài)電池的應用可能還需要三到五年時間，即便固態(tài)電池應用推進加速，磷酸鐵鋰電池也不會被淘汰。”比亞迪首席科學家廉玉波指出，固態(tài)電池是電池創(chuàng)新的熱點，通過固態(tài)化，動力電池實現(xiàn)高比能和高安全，固態(tài)電池技術目前主要的挑戰(zhàn)包括成本高等問題。

　　廉玉波指出，目前磷酸鐵鋰的技術參數(shù)已經(jīng)有了很大進步，裝車量占比超過一半。未來，固態(tài)電池可能主要搭載在部分高端新能源汽車上，在大量普及型新能源汽車上還是會搭載使用磷酸鐵鋰電池。

　　萬鋼表示，進入新的發(fā)展階段，電池技術也在快速進步，高安全、高比能、寬溫域的市場需求驅(qū)動動力電池性能不斷提升。動力電池的技術路線一條是高比能路線，固液混合電解液有效地提高了能量密度，從當前的300Wh電解液提升到將近400Wh，下一步發(fā)展趨勢是全固態(tài)電池，可以達到400Wh以上的功率密度;另一條是高性價比路線，如磷酸鐵鋰電池的進步，目前還部署了鋰硫電池、鋰空氣電池、無稀有金屬電池等基礎研究，達到了可持續(xù)發(fā)展的路線。

　　巴西礦冶公司高級市場開發(fā)經(jīng)理Luanna PARREIRA表示，對于未來能源轉(zhuǎn)型的需求，應發(fā)展多種技術路線，如氫燃料電池、太陽能電池、超級電容、高容量電池等。一個比較好的解決方案是進一步降低對材料的依賴，同時延長動力電池的使用壽命，通過梯次利用到儲能領域等提高動力電池的能源周期，最終實現(xiàn)綜合效率提升。

　　氫燃料電池目前已經(jīng)取得了重要進展。在2022年北京冬奧會零下20℃到25℃的場景下，開展了氫燃料電池示范應用。1200多輛氫燃料電池大客車完成了整個冬奧會運動員和乘客的保障工作。目前在山東半島進行的“氫進萬家”示范工程也在加快推動，通過氫能高速、港口、園區(qū)、社區(qū)建設及燃料電池汽車、船舶等示范運行，探索氫能在跨領域、多場景下的高效、安全利用新模式，加快形成可復制、可推廣的氫能綜合應用樣板工程。

　　由海馬汽車與中國航天科技集團合作建設的電解水制氫及高壓加氫一體化站，目前已經(jīng)取得了系列階段性進展。全站占地面積2500平方米，主要由水電解制氫裝置、多級增壓機、高/中/低壓儲氫罐、70Mpa/35Mpa加氫機、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。該站嚴格按照GB50516《加氫站技術規(guī)范》建設，制氫和加氫實現(xiàn)自動化控制。

　　據(jù)介紹，站內(nèi)水電解制氫產(chǎn)能為每小時50標方，每天可生產(chǎn)約107kg“綠氫”。外接氫氣管束車，加注能力可達250kg/天，后續(xù)加注能力可擴至500kg/天，滿足每天100臺氫燃料電池乘用車的高壓加注需求。

　　萬鋼表示，在中國道路交通碳排放中，商用車占比超過了52%。下一步設想是在當前跨城市示范應用的基礎上，以長途客車、重載貨車、廂式物流等商用汽車為重點來構建高速公路綜合性示范線，沿途布局加氫設施，因地制宜開展綠電制氫、副產(chǎn)氫利用，逐步建成“就地制備”“就近輸運”“西氫東用”等多樣化氫能資源配置格局，形成跨區(qū)域氫能走廊，支撐氫燃料電池汽車規(guī)模性的商業(yè)化綜合利用，來推動氫能源汽車的發(fā)展。

　　動力電池技術的不斷發(fā)展，有力地支撐著新能源汽車與能源電力網(wǎng)絡的深度融合，助力構建新型能源體系。

　　在一定層面，電池既是用電體又是儲能體，作為移動儲能的單元，國內(nèi)正在鼓勵充換電使用綠電和波谷充電，通過V2G(雙向充放電)實現(xiàn)電網(wǎng)平衡，推進與清潔電力雙向高效互動;同時，也利用高速公路周邊空地來部署光伏發(fā)電，充換電站、加氫站在中國已經(jīng)成為基礎研究和應用抓手。

　　最近，多部門出臺關于推動車網(wǎng)互動規(guī)模化應用試點的政策文件，從鼓勵基礎設施建設、鼓勵車輛應用的角度，有力地推動車能互動，建設新型的能源體系。

　　工業(yè)和信息化部副部長辛國斌也指出，要支持龍頭企業(yè)牽頭建立攻關聯(lián)合體，加快動力電池關鍵材料、車用芯片等基礎技術，新體系電池、高功率長壽命燃料電池、高效混合動力發(fā)動機等零部件技術，輕量化、低風阻等整車設計技術攻關，助力全球技術發(fā)展。

　　來源：經(jīng)濟參考報記者 王存福

作者：王存福