废旧锂离子动力电池的拆解及梯次利用技术浅谈(2)

4、废旧锂离子动力电池的拆解：锂电池的使用具有一定的生命周期，使用一定时间需要报废，即使进行梯次利用，最终也要报废。锂电池由壳体、正极（铝基片）、负极（石墨与铜基片）、电解液、隔膜等组成。

1）如果不进行拆解及分选，无法回收废旧电池中的有价材料及成分，即使进行分离，也没有经济意义。

2）废旧动力锂离子电池拆解导致废气、废液和废渣等污染问题难以避免，不仅会带来生态环境隐患还会对人们的健康带来危险，但若不进行回收和处理，就会造成资源浪费。

3）废旧锂离子电池拆解、重组、测试和寿命预测等关键技术攻关具有重要意义，可以提高自动化水平和回收效率，同时保证技术成熟度和生产过程的安全性，兼顾经济可行性和安全性，实现动力锂离子电池的高效回收再利用；因此回收企业应着力开展废旧锂废旧锂离子动力电池拆解需要解决的问题

4）从废旧锂离子电池中直接回收正极材料、负极材料、电解液、隔膜等高附加值的中间品商业化难度很大。而且在拆解过程中，不同类型电池制造和设计工艺的复杂性、串并联成组形式、服役和使用时间、应用车型和使用工况的多样性都会影响拆解复杂程度和安全性等。

5）原来的传统湿法冶炼和手工拆解技术解决不了动力锂离子电池复杂的结构所带来的环保问题和安全问题，此外还有材料的定向合成问题。

5、废旧锂离子动力电池拆解面临的挑战：不同的汽车制造商采用了不同的方式为自己的汽车提供动力，市场上的电动汽车拥有各种各样不同的物理配置、电池类型和电池化学组成，这给电池回收带来了挑战。此外，这对梯次利用和回收利用，目前汽车电池组都是手工拆卸，电动汽车电池的重量和高电压意味着需要有资质的工人和专门的工具来进行拆解。对于一个缺乏技能的转型行业来说，这同样是一个巨大的挑战。同时值得担心的是，未经训练的机械师和人工可能会冒着生命危险修理电动汽车和处理即将报废的车辆，其中隐藏着非常大的安全问题。

6、废旧锂离子动力电池拆解回收的现状：回收公司收到的电池包括各种形态、尺寸、规格、封装形式、设计工艺和串并联成组形式，以及多样化服役时间、应用车型和使用工况等诸多因素，使得拆解时涉及到多种封装夹具，公司很难实现大规模批量化拆解，也给梯次利用带来很大困难；重金属、有机电解液等也是动力锂离子电池拆解面临的难题，如果处理不当，对生态、生活都会环境造成危害，因此要高度重视拆解的每个环节，确保动力锂离子电池回收再利用的经济、生态效益；这一难题的关键一方面在于完全不同的电池系统设计，让电池包和模组的拆解流水线无法规模化地复制使用，导致电池拆解时极为不便；另一方面，国内大多依靠人工拆解，工人的技能水平直接影响着电池回收过程效率；国内主要依靠人工拆解进行动力电池回收，工人的技能水平直接影响着电池回收效率；同时由于电池包具有高能量，动力电池拆解过程中会产生废气、废液、粉尘，对环境和工人都有严重的危害性，所以动力电池回收企业迫切需要自动化全封闭拆解设备，才能真正实现动力电池节能环保、安全可靠、高效率地拆解回收。

7、废旧锂离子动力电池拆解回收的技术关键

1）电池拆解概念：动力电池退役时，是整个pack从车上拆解下来的。不同的车型有不同的电池pack设计，其内外部结构设计，模组连接方式，工艺技术各不相同，意味着不可能用一套拆解流水线适合所有的电池pack和内部模组；那么在电池拆解方面，就需要进行柔性化的配置，将拆解流水线进行分段细化，针对不同的电池pack，在制定拆解操作流程时，要尽可能复用现有流水线的工段和工序，以提高作业效率，降低重复投资；在拆解作业时，不可能完全实现自动化，必然存在大量的人工作业，而pack本身是高能量载体，如果操作不当，可能会发生短路、漏液等各种安全问题，进而可能造成起火或爆炸，导致人员伤亡和财产损失。因此，采取什么样的措施和方法，确保电池拆解过程中的安全作业，是梯次利用的一个重点。

2）剩余寿命预测：这里分两种情况考虑，一种是动力电池在服役期间，其相关运行数据有完整记录，那么当梯次利用的厂家拿到这些数据之后，结合电池的出厂数据，可以建立电池模组的简单寿命模型，能够大致估算出，在特定运行条件下电池模组的剩余寿命(根据所设定的终止条件)；另一种情况就恶劣的多了，动力电池的使用情况并无数据记录，仅有出厂时的原始数据(如标称容量、电压、额定循环寿命等)，使用过程未知，当前状态未知。当梯次利用的厂家拿到电池后，如何判断其健康状态和剩余寿命呢？这就需要对每个模组进行测试，先明确其当前的健康状态，然后要根据测试数据和出厂时的原始数据，建立一个对应关系，根据不同的材料体系，大致估算其潜藏的剩余价值；第二种情况，梯次利用的成本会提高很多，测试设备、测试费用、测试时间、分析建模等，都会增加不少的成本，导致梯次利用的经济价值降低。基于有限的数据，对剩余寿命的预测也是不准确的，这无疑又会增加梯次利用产品的品质风险，使得产品的生命周期成本较高。所以，如何做到快速无损的检测，是该种情况下梯次利用的关键所在。

3）系统集成技术：梯次利用，最合理的应该是拆解到模组级，而不是电芯级，因为电芯之间的连接通常都是激光焊接或其他刚性连接工艺，要做到无损拆解，难度极大，考虑成本和收益，得不偿失；不同批次的电池模组，甚至来自不同厂家的电池模组，如何在同一系统中混用？这里面有几个系统集成技术必须着重考虑并解决：

（1）分组技术：需要对不同的电池模组建立数据库，根据材料体系、容量、内阻、剩余循环寿命等参数重新分组。分组参数设定要合理，过大不好，模组离散性大，成组为系统后，对系统性能和寿命影响很大；过小也不行，分组过于严格，会导致可匹配的模组少，系统集成困难，产品成本很高。

（2）成组技术：什么类型的电池模组可以成组为系统，这需要结合产品定位和目标市场(高端？中端？低端？)，现有电池模组等级和类型，以及产品开发具体目标(性能，寿命等)，建立一个系统级模型，推算出相关的匹配系数，确定产品的总体方案。

（3）系统柔性设计：这里有两个方面需要考虑：系统结构方面，需要充分考虑不同模组可能具有不同的尺寸，重量和串并联数，那么系统内部的结构设计应该是在X，Y，Z轴方向都有很大的弹性，以兼容不同的模组，固定方式既要考虑紧固性和可靠性，又要考虑弹性和便于快速装卸；模组的线束连接方面，多柔性化考虑，做到可快插和快换。

8、废旧锂离子动力电池拆解(梯度)回收的相关技术标准

1）国标GB/T34013-2017《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》明确规定了电动汽车用动力蓄电池的单体、模块和标准箱尺寸规格要求。这一标准可有效解决此前存在于动力电池梯次利用中，动力电池由于尺寸不一难以匹配储能电站或家用储能设备结构的难题，也降低了动力电池的梯次回收利用的门槛。

2）国标GB/T34014-2017《汽车动力蓄电池编码规则》规定了动力电池编码基本原则、编码对象、代码结构和数据载体。该标准发布，可在动力电池生产管理、维护和溯源、电动汽车关键参数监控，特别是在动力电池回收利用环节，凭借可追溯性和唯一性，更加准确地确定动力电池回收的责任主体。

3）国标GB/T34015-2017《车用动力电池回收利用余能检测》。则规范了动力电池外观检查、极性检测、电压判别、充放电电流判别、余能测试等检测流程，为车用动力电池的余能检测提供评价依据，有助于提高废旧动力蓄电池余能检测的安全性和科学性。

(末完、待续)