隨著國家出臺(tái)具體政策，有關(guān)動(dòng)力鋰電池梯次利用的話題最近多了起來。看到網(wǎng)上有這樣一個(gè)問題：三元鋰離子電池、磷酸鐵鋰離子電池以及其他正極材料的電池，哪種類型更適合梯次利用？

我們不管官方，不管回收有責(zé)的主機(jī)廠，不管大眾，只站在希望投身這個(gè)行業(yè)的從業(yè)者的角度，看待這個(gè)問題。我應(yīng)該把時(shí)間精力投入到哪個(gè)領(lǐng)域，才能最值得。這里的值得，既包括穩(wěn)定收益的可能性大，也應(yīng)該包含時(shí)間維度，長期以后，我的領(lǐng)域至少還存在。

針對(duì)這個(gè)問題，不好直接回答，因?yàn)樘荽卫玫氖找娓叩筒⒉煌耆Q于三元還是鐵鋰。這里轉(zhuǎn)個(gè)彎，討論一下，什么特點(diǎn)的電池適合進(jìn)一步開發(fā)梯次利用？

1正極材料不同帶來電芯性能的差別

正極材料的安全性，能量密度和功率密度是當(dāng)前不同車型對(duì)鋰離子電池類型做出取舍的基本依據(jù)，但后文可以看到，動(dòng)力鋰電池自身的特性，并不能完全的決定梯次利用性能的好壞。

1）錳酸鋰

錳酸鋰，作為使用歷史比較長的一種鋰離子電池材料，其安全性高，尤其抗過充能力強(qiáng)，是一大突出優(yōu)點(diǎn)。由于錳酸鋰自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，在電芯設(shè)計(jì)時(shí)，正極材料的用量不必超越負(fù)極太多。這樣，使得整個(gè)體系中的活性鋰離子的數(shù)量不多，在負(fù)極充滿以后，不會(huì)有太多的鋰離子存于正極。即使出現(xiàn)了過充情形，也不會(huì)出現(xiàn)大量鋰離子在負(fù)極沉積形成結(jié)晶的狀況。因而，錳酸鋰的耐過充能力在常用材料中是最好的。

另外，材料價(jià)格低廉，并且對(duì)生產(chǎn)工藝要求相對(duì)不高，是比較早取得廣泛應(yīng)用的正極材料。

2）磷酸鐵鋰

磷酸鐵鋰的優(yōu)點(diǎn)重要體現(xiàn)在安全性和循環(huán)壽命上。重要的決定因素來自于磷酸鐵鋰的橄欖石結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)，一方面導(dǎo)致磷酸鐵鋰較低的離子擴(kuò)散能力，另一方面也使它具備了較好的高溫穩(wěn)定性，和良好的循環(huán)性能。

磷酸鐵鋰的缺點(diǎn)也比較明顯，能量密度低，一致性差以及低溫性能不佳。

能量密度低是材料自身的化學(xué)性質(zhì)決定的，一個(gè)磷酸鐵鋰大分子只能對(duì)應(yīng)容納一個(gè)鋰離子。

3）三元鋰

三元鋰正極材料，綜合了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三中材料的優(yōu)點(diǎn)，在同一只電芯內(nèi)部形成協(xié)同效應(yīng)，兼顧了材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、活性和較低成本三個(gè)要求，是三種重要正極材料中能量密度最高的一種。其低溫效果也明顯的好于磷酸鐵鋰離子電池。

三種元素中，Ni的含量越高，則電芯的能量密度越高，同時(shí)，電芯的安全性越低。在實(shí)際應(yīng)用中，三種材料在電芯中的比例關(guān)系，隨著時(shí)間的推移一直在發(fā)生變動(dòng)。人們對(duì)能量密度的追求越來越高，因而Ni的占比也越來越高。而電池本身安全性能的改進(jìn)和系統(tǒng)監(jiān)控處理事故能力的提高，也會(huì)推進(jìn)三元鋰離子電池市場(chǎng)擴(kuò)張的腳步

2退役動(dòng)力鋰電池的重要對(duì)標(biāo)是鉛酸蓄電池

關(guān)于當(dāng)前正在應(yīng)用鉛酸蓄電池的場(chǎng)景，很多都是價(jià)格敏感，空間不敏感，性能不敏感，才選擇使用鉛酸電池的。當(dāng)退役動(dòng)力鋰電池解決了價(jià)格問題，則很大可能替代鉛酸的部分應(yīng)用。

有文獻(xiàn)專門比較了鉛酸蓄電池與推理動(dòng)力鋰離子電池的特性。根據(jù)大多數(shù)汽車制造商和電池廠的建議，應(yīng)該更換殘留7080％容量的EV鋰離子電池組，否則可能發(fā)生意想不到的駕駛故障和安全問題。目前這一過程通常發(fā)生在車輛運(yùn)行35年后，要考慮更換電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池組。

盡管退役鋰離子電池的一些性能參數(shù)有所下降，但與鉛酸電池相比仍有優(yōu)勢(shì)。從表1的數(shù)據(jù)表中可以看出，退役電池的循環(huán)壽命和能量密度遠(yuǎn)高于鉛酸電池，同時(shí)鉛酸蓄電池的價(jià)格優(yōu)勢(shì)較弱。

表一，鋰離子電池和鉛酸電池的參數(shù)比較

3影響梯次利用的重要因素

1）檢測(cè)、篩選、再加工成本

退役動(dòng)力鋰電池的再利用生存空間，可能會(huì)隨著新電池成本的下降而逐漸被擠壓。短時(shí)間內(nèi)，不會(huì)受到其他類型電源的沖擊，包括降價(jià)以后的新電芯的沖擊，這是選擇梯次利用電芯細(xì)分品類首先要考慮的因素。

GGII數(shù)據(jù)顯示，2017年年底動(dòng)力鋰電池價(jià)格較2017年初下降20%~25%。磷酸鐵鋰離子電池組價(jià)格從年初的1.8~1.9元/Wh下降到年底的1.45~1.55元/Wh。三元?jiǎng)恿︿囯姵匕鼉r(jià)格從年初的1.7~1.8元/Wh下降到年底的1.4~1.5元/Wh。

有新聞報(bào)道稱，2017年中期，我國動(dòng)力鋰電池比能量為180Wh/kg，到2020年，動(dòng)力鋰電池比能量也會(huì)不斷提升，將達(dá)到300Wh/kg。到2020年，全球電池系統(tǒng)每千瓦時(shí)平均價(jià)格，大約在1000元人民幣、100美元和100歐元之間。

當(dāng)新舊電池的差價(jià)接近檢測(cè)、再加工、設(shè)備更換、舊電池維護(hù)維修等二次利用電池的綜合成本以后，就可能出現(xiàn)舊電池沒有再利用價(jià)值的情況。假如可以利用歷史數(shù)據(jù)，則省去部分檢測(cè)成本，這個(gè)時(shí)刻會(huì)來的晚一些。

沒有再利用的沖動(dòng)以后，動(dòng)力鋰電池只有拆解回收原材料這個(gè)方式集中處理。電池拆解應(yīng)該是生命周期較長的一種電芯處理方式。當(dāng)然，電芯二次處理以及統(tǒng)一規(guī)格、模組設(shè)計(jì)，電池包運(yùn)營模式等等，對(duì)電芯級(jí)別的二次利用都有影響，還要觀察相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況，加工成本的降低趨勢(shì)。

2）處理技術(shù)有降成本的空間，提高效率的空間

這個(gè)角度其實(shí)是1）的延伸，什么樣的電芯能夠?qū)崿F(xiàn)少量研發(fā)支持批量生產(chǎn)應(yīng)用呢？

a規(guī)格一致性

在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)前期出現(xiàn)，電芯種類多，量又不大，而電芯的檢測(cè)，不同類型的電芯，參數(shù)個(gè)性化很強(qiáng)，因此，可以說，到目前，18650等通用規(guī)格的電芯，比較具備研究價(jià)值。

b有歷史數(shù)據(jù)的電芯

有了歷史數(shù)據(jù)，動(dòng)力鋰電池都經(jīng)歷了什么濫用，充放電容量總體變化情況，電壓等等都記錄在案。借助對(duì)電芯外部特性與內(nèi)在結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的研究成果，不用拿到電池就可以先進(jìn)行初步的一致性評(píng)價(jià)，剩余價(jià)值評(píng)價(jià)，安全性評(píng)價(jià)。

有官方文件要求，2017年之后注冊(cè)登記的新能源汽車產(chǎn)品，非個(gè)人購買的新能源車輛、

個(gè)人購買的商用車及專用車，按照國家標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB/T32960）要求上傳相關(guān)數(shù)據(jù)。個(gè)人購買的新能源乘用車，在整車車輛狀態(tài)、充電狀態(tài)、運(yùn)行模式發(fā)生變化時(shí)上傳相關(guān)數(shù)據(jù)，但不包括定位數(shù)據(jù)。在此之前，不同車輛電芯的數(shù)據(jù)記錄情況可能參差不齊。

3）動(dòng)力鋰電池二次利用的場(chǎng)景

目前熟知的是電力儲(chǔ)能電站，新能源電站，家用儲(chǔ)能，電力補(bǔ)給車輛，低速電動(dòng)汽車輛，通訊基站，新能源路燈等等。關(guān)于每一種應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)電池的性能要求，對(duì)價(jià)格的敏感程度，沒有具體數(shù)據(jù)，不敢往下結(jié)論，后續(xù)掌握具體數(shù)據(jù)后，在另起題目進(jìn)一步討論。但他們需求的不同，必然影響用戶選擇時(shí)，關(guān)注電池的什么性能，這是客觀存在的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。

4一個(gè)典型的退役動(dòng)力鋰電池應(yīng)用場(chǎng)景舉例通訊基站

ChunboZHU于2017年發(fā)表在IEEE上的一篇論文，《Effectofremainingcyclelifeoneconomyofretiredelectricvehiclelithium-ionbatterysecond-useinbackuppowerforcommunicationbasestation》，針對(duì)通訊基站利用動(dòng)力鋰電池的推理模型，文章有發(fā)表周期，數(shù)據(jù)僅供參考。從這個(gè)案例不難看出，應(yīng)用場(chǎng)景的詳細(xì)信息，關(guān)于評(píng)價(jià)一種電芯的應(yīng)用是否合適，是非常重要的，因此過于籠統(tǒng)的評(píng)價(jià)合適或者不合適，這不科學(xué)。

1）工作條件和應(yīng)用場(chǎng)景

在我國，通信基站數(shù)量非常龐大，分布范圍很廣，在偏遠(yuǎn)郊區(qū)，道路兩側(cè)，山頂上建設(shè)了越來越多的基站。隨著技術(shù)的進(jìn)步，電網(wǎng)無法到達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，太陽能和風(fēng)能等可再生能源向基站供電也已經(jīng)廣泛出現(xiàn)。

目前，購買鉛酸電池的市場(chǎng)價(jià)格及其后處理費(fèi)用分別為0.6元/Wh和0.2元/Wh。我國鐵塔有限公司開發(fā)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)所要求的鉛酸蓄電池的循環(huán)壽命超過200次。根據(jù)通信基站管理單元的研究，通信基站的備用電源工作條件，應(yīng)用場(chǎng)景及相關(guān)的詳細(xì)參數(shù)列于表二。

表二，基站的工作條件和應(yīng)用場(chǎng)景參數(shù)

*新能源場(chǎng)景，在白天使用太陽能作為基站電源并給電池組充電，晚上使用備用電池組來維持基站的運(yùn)行，電池組相當(dāng)于每天1次充放電循環(huán)。

**高溫場(chǎng)景和三種或四種電場(chǎng)景含義為每個(gè)月停電次數(shù)4.5次。

***一種或兩種電力場(chǎng)景含義為每月停電次數(shù)3.5次。這里只有正常供電停電，才會(huì)用到電池供電。

2）成本計(jì)算模型

無論備用電源的工作條件如何，在比較備用鋰離子電池和鉛酸電池的工作條件時(shí)，要分析的參數(shù)都是相同的。這些參數(shù)重要包括：電池容量，購買單價(jià)，安裝和更換成本，電力，電池組的廢舊處理成本，根據(jù)工作條件確定的不同操作策略，電池電量要求和電池放電時(shí)間等。

下面是各個(gè)成本估算相關(guān)參數(shù)的公式表述。在成本分析中，最重要的指標(biāo)是退役鋰離子電池與鉛酸電池相比每年平均節(jié)省多少成本，該指標(biāo)直接反應(yīng)退役鋰離子電池的經(jīng)濟(jì)性，可以通過公式（1）計(jì)算。

其中：

R：年成本節(jié)省率，％；

Pbaac：鉛酸電池的年平均成本，萬人民幣；

LiAAC：退役的鋰離子電池的年平均成本，萬人民幣。

根據(jù)公式（2）評(píng)估年度成本，

其中：

AAC：年平均成本，萬人民幣/年；

cost：估算或操作周期的總成本，萬人民幣；

Topr：估計(jì)或操作周期，年份。

估算運(yùn)營周期的總成本（COST）

重要包括備用電池組的總成本；后期維護(hù)費(fèi)用，電池組初始安裝費(fèi)用和更換費(fèi)用以及廢舊電池組的剩余價(jià)值。當(dāng)計(jì)算操作周期時(shí)，同時(shí)考慮日歷壽命和循環(huán)壽命。

其中：

Topr：估算或操作周期，年份；

Pb_Tperl：鉛酸電池組循環(huán)壽命持續(xù)時(shí)間，年；

Pb_Tcal：鉛酸電池組日歷壽命時(shí)間，年；

Li_Tperl：退役的鋰離子電池組循環(huán)使用期限時(shí)間，一年；

Li_Tcal：退役的鋰離子電池包裝日歷的使用時(shí)間，年。

電池循環(huán)壽命持續(xù)時(shí)間（Tperl）由電池的循環(huán)壽命（Ncl）和運(yùn)行策略（Noc）決定。運(yùn)行策略是指充電的數(shù)量以及根據(jù)工作條件和應(yīng)用場(chǎng)景獲得的電池組每日完成的放電周期。這個(gè)參數(shù)可以通過使用（4）來計(jì)算。

其中：

Ncl：電池組的循環(huán)壽命，次數(shù)；

Noc：運(yùn)行策略，每天循環(huán)次數(shù)。

基站完工并運(yùn)行后，備用電池的成本重要是電池組使用壽命達(dá)到期限時(shí)的更換費(fèi)用，可由（5）式計(jì)算。

其中：

COSTopr：更換費(fèi)用，萬元人民幣；

Topr：操作周期可以取鉛酸和退役鋰離子電池的最小公倍數(shù)，年；

Tperl：電池組循環(huán)使用期限，年，；

Tcal：電池組日歷使用壽命，年；

COSTrplbpl：電池組的單個(gè)更換成本，萬元。

從前面表二數(shù)據(jù)可以看到，退役鋰離子電池循環(huán)壽命長，能量密度高，因而更換次數(shù)少，更換起來更加方便，進(jìn)而更換成本比鉛酸要低。

3）估計(jì)結(jié)果分析

目前在我國，新動(dòng)力鋰電池價(jià)格約為2.2元/Wh，退役鋰離子電池的平均電池價(jià)格約為0.73元/Wh，篩選和重組部件的成本約為0.60元/Wh。考慮到目前使用退役鋰離子電池正處于試運(yùn)行階段，批量生產(chǎn)后仍有價(jià)格空間，所以把基站可用的退役鋰離子電池系統(tǒng)價(jià)格定在1.1元/Wh。我國十三五發(fā)展規(guī)劃確定的鋰離子電池價(jià)格為0.8元/小時(shí)，現(xiàn)在的新舊電池比例計(jì)算，在十三五發(fā)展規(guī)劃完成后，退役鋰電電池電量估計(jì)應(yīng)達(dá)到0.265元/Wh。考慮到可用電池的比例（部分電池因各種原因無法進(jìn)行二次利用，暫定比例為50％）和退役鋰離子電池的容量衰減（暫定70％），并且根據(jù)目前的電池選和分組方法，重新調(diào)整后的退役電池價(jià)格估計(jì)為0.265/50％/70％=0.757。因此，使用目標(biāo)單價(jià)為0.7元/Wh的采購價(jià)格進(jìn)行比較分析。

在新能源領(lǐng)域，退役鋰離子電池剩余循環(huán)壽命為443次（購買價(jià)格1.1元/小時(shí)）和286次（購買價(jià)格0.7元/小時(shí)）時(shí)，退役鋰離子電池總成本與鉛酸電池相同。隨著剩余循環(huán)壽命的新增，退役鋰離子電池的經(jīng)濟(jì)效益顯著新增。這重要是因?yàn)樵谶@個(gè)場(chǎng)景中，電池組的運(yùn)行狀況是電池組每天要完成一次充放電循環(huán)，所以電池組的剩余循環(huán)壽命是影響經(jīng)濟(jì)性的最重要因素;經(jīng)濟(jì)效益屬于剩余循環(huán)壽命敏感型。

在另外三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中，即使購買價(jià)格不同，當(dāng)退役鋰的剩余循環(huán)壽命為219次（高溫場(chǎng)景），214次（一種或兩種電量）時(shí)，儲(chǔ)蓄率達(dá)到固定值，274次（三種或四種電力），并且隨著剩余循環(huán)壽命的新增，成本節(jié)省率將不會(huì)提高。例如在高溫場(chǎng)景中，這個(gè)場(chǎng)景關(guān)于電池組的操作情況約為4.5次/月的充電和放電周期，因此電池組的日歷壽命是影響經(jīng)濟(jì)的重要因素，成本節(jié)省率對(duì)日歷壽命敏感。該場(chǎng)景的實(shí)際計(jì)算是：當(dāng)鉛酸電池循環(huán)壽命為200次，退役鋰離子電池剩余循環(huán)壽命為400次時(shí)，在這個(gè)場(chǎng)景中，循環(huán)壽命時(shí)間分別可以達(dá)到3.65年和7.31年，比相應(yīng)的日歷壽命時(shí)間（2.5年（鉛酸電池，約137次循環(huán)壽命）和4年（退役鋰離子電池，約219循環(huán)壽命））長的多。根據(jù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算模型，在計(jì)算中起用途的參數(shù)是電池的日歷壽命，剩余循環(huán)壽命的新增不能改善成本節(jié)省性。另外兩個(gè)場(chǎng)景的情況是相似的，這里不再重復(fù)。

1）具有明確歷史數(shù)據(jù)，可以通過數(shù)據(jù)分析，基本獲得其安全性和剩余價(jià)值評(píng)估結(jié)果的電芯，更具二次利用的優(yōu)勢(shì)；

2）規(guī)格統(tǒng)一，包括外形、性能參數(shù)等，總體數(shù)量大的電芯，比如主流容量規(guī)格的18650。隨著官方出臺(tái)電池標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，市場(chǎng)運(yùn)營相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的逐漸豐富，相信電芯、電池組的統(tǒng)一性會(huì)越來越好，越來越有利于二次利用。

3）關(guān)于規(guī)格參數(shù)過于復(fù)雜，單一品類數(shù)量過小的電芯（在動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)啟動(dòng)初期，電芯類型比較復(fù)雜），恐怕做原料回收，集中處置，是更合理的方式。

4）考慮具體應(yīng)用場(chǎng)景，根據(jù)對(duì)標(biāo)產(chǎn)品評(píng)價(jià)退役電池的經(jīng)濟(jì)性，是具體開發(fā)動(dòng)力鋰電池二次利用產(chǎn)品的好方式，而不是直接做出判斷。政策和市場(chǎng)的多方加持之下，讓新能源汽車在車市負(fù)上升的形勢(shì)下實(shí)現(xiàn)75%的逆勢(shì)上揚(yáng)，隨之而來的是電池需求110%的大幅上升。

新京報(bào)記者注意到，今年年初，國際能源署就曾做出預(yù)測(cè)，在鼓勵(lì)購買清潔能源汽車政策的推動(dòng)下，到2030年，電動(dòng)汽車的保有量將有望躍升至1.25億輛左右。這與2017年該機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)的全球大約有310萬輛電動(dòng)汽車投入使用的結(jié)果相比，又是一次堪稱飛躍的上升。

據(jù)了解，不少主流公司也正在進(jìn)行產(chǎn)量的進(jìn)一步擴(kuò)張。十一月二十九日，寧德時(shí)代公布通告稱，將擬投資總額不超過人民幣74億元，通過全資子公司江蘇時(shí)代新能源科技投資建設(shè)江蘇時(shí)代動(dòng)力及儲(chǔ)能鋰離子電池研發(fā)與生產(chǎn)項(xiàng)目。比亞迪在青海擴(kuò)產(chǎn)24Gwh三元電池的產(chǎn)量，一期已于今年六月投產(chǎn)，預(yù)計(jì)明年底可以全部達(dá)產(chǎn)。