随着电动汽车产业的迅猛发展，预计到2020年总体销量将达到200万辆。快速发展的电动汽车产业面临的一大严峻问题就是对废旧动力电池的处理，如果处理不当，将引发环境污染以及废旧电池搁置带来的安全问题。
目前实现动力电池的梯次利用与回收仍然存在难度，主要表现为市场机制不健全、政策法规不完善；历史数据缺乏；梯次利用场景存在不确定性；电池拆解和再重组的高成本和高风险；梯次利用以后安全隐患加大等。
电池梯次利用与回收过程中遇到的问题主要表现在：
①由于目前缺失电池的系统评估检验标准，对于电池衰竭到什么程度应该退役并没有一个评判标准，而二次利用电池的性能、安全性也没有具体标准可循。
②电池健康评估难度大，由于缺少一套完备的评估参数，很难判断电池内部的安全隐患是否存在。
但是，从节约资源、保护环境、消除隐患的角度出发，动力电池梯次利用和回收势在必行。目前我国已经建立了一个比较完善的动力电池回收体系，2016年以来，工信部相继出台了《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策（2015年版）》《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》和《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范公告管理暂行办法》3项文件，明确了废旧电池回收的责任主体，加强了行业管理与回收监管。
1.动力电池溯源
2016年10月18日，工信部装备工业司对国家推荐性标准《汽车用动力电池编码》开始征求意见，该标准对汽车用动力电池的生产、销售、使用、维护、回收、梯次利用、再生利用实施全生命周期的溯源与管理。推荐性标准要求，动力电池生产企业应对所生产（或进口）的所有动力电池产品进行编码，并确保编码与电池产品具有唯一对应性，电动汽车生产企业应将装配在整车上的蓄电池产品编码与整车建立对应关系，确保动力电池的流向可追溯。从事动力电池更换业务的售后服务企业、电池租赁企业等应建立信息登记制度，确保新更换到车上的电池流向可追溯。
动力电池回收利用管理的核心是立足产品全生命周期，通过溯源实现对动力电池从“出生”到“再生”的全面管控。让动力电池能够做到来源可靠、去向可追踪、整个节点可控。
为贯彻落实国家相关政策，确保新能源汽车产业健康可持续发展，保障新能源汽车的安全运行，对车辆安全问题做到及时预警并督促企业采取有效措施消除隐患。“新能源汽车国家监测与管理中心网站”于2016年12月7日正式上线试运行。国家平台对全国新能源汽车推广应用和安全工作负监管责任，通过国家平台监督检查企业平台、地方平台运行情况；地方政府对公共服务领域的新能源汽车安全负监管责任，通过地方平台接收企业平台转发的实时数据，掌握公共服务领域新能源汽车运行状况；生产企业对其生产的全部新能源汽车安全问题负总责，通过企业平台，对其产品实现100%的实时监测，并对发现的风险及时采取措施予以控制。
由新能源汽车国家检测与管理中心平台升级建成的“新能源汽车国家监测与动力蓄电池回收利用溯源管理平台”即将正式投入使用。届时，动力电池编码溯源信息应按要求进行采集和上传，实现对动力电池的实时全面管控。图2-27所示为电池溯源信息系统基础及其扩展升级。
2.动力电池的梯次利用
动力电池的梯次利用是指对电动汽车上的废旧动力电池进行拆解、检测、分类、重组，根据电池的使用状况将其分档利用，应用于其他领域，充分发挥其剩余价值。电动汽车的总成本中大约有一半来自于动力电池，其充电以及安全稳定等问题同样来自于其动力电池的相关性能。动力电池由于在可用容量降到其标称容量的80%或是实际内阻增加1倍时，将影响其续驶能力和用户体验，在这种情况下就需要更换新的动力电池，以保证车辆的正常使用。此时从电动汽车上换下来的动力电池由于仍然拥有较多的可用容量，如果直接舍弃将造成大量的能源浪费。因此，电动汽车的动力电池梯次利用技术受到行业内的高度重视。电动汽车动力电池梯次利用商业模式如图2-28所示。
图2-27 电池溯源信息系统基础及其扩展升级
图2-28 电动汽车动力电池梯次利用商业模式(www.xing528.com)
当前，在日本、美国、德国等国家都有相应的公司致力于动力电池梯次利用的研究。例如，日本的4R Energy、夏普公司等，其主要将替换下来的动力电池用于家庭或是商业储能，同时致力于开发智能功率调节器，或是销售租赁日产LEAF汽车的二手动力电池；美国的Tesla Energy和通用公司开发了Power wall和Power pack分别用于家庭储能系统（见图2-29）和商业储能系统；德国的BOSCH、BMW和瓦腾福公司则利用宝马纯电动汽车退役的动力电池建立大型光伏电站用于电网储能系统等。这些国家起步较早，并主要以储能应用为主，目前已经有了很多成功的示范工程和相应的商业项目。
我国的相关研究和应用发展起步相对较晚，而且技术水平仍然与一些国家存在差距，因此目前我国的动力电池梯次利用项目还停留在示范工程阶段，还没有较为成熟的商业化运作工程。但是，国家近年颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划》中明确提出了相关的车用动力电池回收利用管理办法，并建立了相应的能量回收和梯次利用管理体系。数据显示，2015年我国的动力电池累计报废量约为4万吨，2018年将突增到17万吨。按照回收报废趋势，预计到2020年，我国仅纯电动（含插电式）乘用车和混合动力乘用车动力电池累计报废量将达到20万吨之多。因此，我们需要对动力电池的梯次利用技术进行进一步的研究改善和优化利用。
电动汽车的动力电池由于使用过程中的不确定性可能出现许多大倍率放电的场景，这将使得动力电池产生不可逆以及不可预知的损害。另外，由于近几年兴起的快充技术会对一部分电池产生一定程度的损害，使得这些动力电池在经过检测以及筛选等程序后还需要进行二次成组，即对回收的电芯进行再次设计并组成pack，用以满足动力电池的二次利用或是储能要求。其梯次利用过程一般分为三个阶段：一是对退役的动力电池进行性能测试和二次利用领域的调研；二是对相应的动力电池进行二次利用领域的产品设计；三是在评估调研和产品开发推广的基础上，逐步形成锂离子电池以及动力电池梯次利用的标准流程和方法体系。
图2-29 Tesla Energy和通用公司开发的Power wall可用于家庭储能系统
梯次利用的关键技术包括电池测试的评估与筛选方法、梯次利用电池的安全性评估、梯次利用电池的柔性成组技术、电池状态诊断与预测技术、商业运营模式研究和电池梯次利用的经济性研究。
其中，动力电池退役后的分选是根据电池外部形态进行初次筛选，其标准包括电池极耳是否完好、电池外形是否发软膨胀或是表面起皱等。初次筛选之后，再将剩余动力电池进行特性测试，其中包括电池的容量、内阻、安全性和温度测试等。
对于动力电池的容量测试，即将动力电池在25℃恒温环境下静置1h，以C/3电流恒流充电至单体电池充电截止电压后，转恒压充电至电流降至0.05C，然后静置30min，再以C/3电流恒流放电至单体放电截止电压，然后再静置30min，重复上述步骤5次即可。以第5次放出的容量作为当前循环次数下电池的实际容量。
对于动力电池的内阻测试，则分为直流放电法和交流法。直流放电法即通过对动力电池进行瞬间大电流放电，测试动力电池的瞬间电压降，最后通过欧姆定律计算出电池的内阻。而交流法则是通过注入低频交流电流信号，测出动力电池两端的电压和流过的电流以及两者的相位差，从而计算出电池的内阻。另外，动力电池的内阻测试方法还包括短路电流法、脉冲电流法等。
对于动力电池梯次利用的安全性测试，则是观测动力电池在过充、过放、短路或是针刺等极限条件下是否发生起火爆炸甚至是燃烧等现象。如无上述现象，则满足安全性的要求。
对于动力电池的温度检测，可以使用热成像仪或非接触式测温仪等电池温度场分析的专业测量设备。这些设备可以提取典型测量点之间的联系以及温度变化的数据。另外，还有充、放电性能检测，环境模拟测验系统以及电池滥用测试技术等。
3.动力电池的回收利用
动力电池回收技术的一般过程为动力电池回收的预处理、电池内部电解液的回收和相应处理、电池内部活性物质与集流体的分离、动力电池金属成分的回收以及动力电池材料的再制备等。钴酸锂锂离子电池的回收利用流程如图2-30所示。
动力电池的回收技术方法一般分为干法回收和湿法回收。干法回收又可以细分为火法、机械研磨法、浮选法以及机械分解法。火法是通过高温焚烧分解去除起黏结作用的有机物，以实现电池组成材料的分离，同时使金属及其氧化物氧化、还原并分解，以蒸气方式挥发后，用冷凝等方法收集。火法对检测设备以及能量损耗的要求相对较高。湿法回收可以由预处理、金属浸出和金属元素分离回收三步来完成。湿法回收的形式是先将锂离子电池分类，然后用适当的溶剂进行溶解分离和萃取，以获得金属及金属化合物材料。由于此法只能对某一种金属元素进行分离提纯，相对而言其局限性较大。对于金属元素的分离回收通常有选择性沉淀法、溶剂萃取法、电化学方法和盐析法等方式。而生物法则是利用具有特殊选择性的微生物菌类通过其代谢过程来实现对金属钴和金属锂等元素的析出。这种方法成本低且污染小，但目前在国内，技术还未完全成熟，需要进行进一步的研究和探索。
图2-30 钴酸锂锂离子电池的回收利用流程
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