张 灿，申 升，陈 凡，张明震

(1.中国矿业大学(北京)管理学院，北京 100083； 2.湖南大学 化学化工学院，湖南 长沙 410082； 3.宁波大学 中国乡村政策与实践研究院，浙江 宁波 315211； 4.中电建新能源集团新能源与储能研究院，北京 100101)

全球气候变化、能源紧缺是当今人类社会面临的新挑战，有效利用可再生能源和新能源，构建清洁低碳、安全高效的能源体系是世界各国面向未来的共同选择[1-2]。中国将努力践行第75届联合国大会承诺，提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。当前，中国面临百年未有之大变局叠加新冠肺炎疫情影响，如何构建我国可持续发展的能源体系是我国“十四五”高质量发展的重大课题之一[2]。

在减缓气候变化、提高能源安全、淘汰落后产能等因素影响下，新能源发展迎来历史机遇期，世界各国对包括锂电池、风电、氢能等清洁能源进行了广泛研究和推广应用。其中，基于新型高容量动力电池的新能源汽车发展迅猛[3]，我国目前已是世界第一大新能源汽车产销国，新能源汽车装配的动力电池在未来将逐批次迎来退役高峰期[4-5]。本文通过对我国退役动力电池回收现状和问题进行论述，探讨构建退役动力电池回收系统的必要性和紧迫性。

1 相关背景回顾

关于构建我国退役动力电池回收系统的研究，一部分文献讨论了相关的宏观政策，强调发展具有中国特色社会主义能源安全体系应加强动力电池等新能源产业发展，比如中国社会科学院的《中国能源年度报告》的皮书系列、国务院能源专题会议、国家能源集团等能源企业年度会议等；一部分文献从某类能源出发进行探讨并延伸，比如能源类院校对煤炭领域的研究[6-7]，水利电力类院校在水电、电网能源领域的相关研究[8]，石油地质类高校院所在油气能源领域的研究[9]，财经政法类高校在大宗能源交易、碳金融等能源金融化领域的研究[10]，银行证券等金融机构在能源互联网企业、区块链技术的创新型能源领域的研究等[11-12]，均提到动力电池等新能源为我国高质量发展作出的巨大贡献；一部分文献基于其新能源企业特色，侧重于自身风、光、锂电池、氢能等新能源领域的技术创新和商业模式研究，并强调动力电池等新能源在我国能源体系转型中的重要作用[3]。

在国家构建清洁低碳的高质量发展路线引导下，我国装配高容量动力电池的新能源汽车早在2016年就突破百万辆，2019年我国新能源汽车累计销量超过400万辆，连续5年新能源汽车全球第一[13]。根据新能源汽车动力电池行业标准规定，当电池平均放电容量低于额定容量的80%就不能继续作为新能源汽车的动力储能装置[14]，按新能源汽车电池平均6.5年的使用年限计算，我国新能源汽车的动力电池将在2020年之后陆续迎来报废退役潮。研究数据显示，2020年我国退役动力电池约为20亿Wh时，累计报废量为12万～17万t[13]，预计“十四五”期间，我国年报废退役动力电池接近25万t，是“十三五”期间年报废退役量的20倍[15]。全球应对气候变化的大背景下，构建可持续发展的退役动力电池回收系统，既是我国实现碳达峰、碳中和目标过程中需要解决的重大问题之一，也是我国能源体系成功转型的重要保障。

2 构建我国退役动力电池回收生态系统的必要性

能源是国家绿色可持续发展的重要基石，新能源是传统能源的有效补充，2014年6月，习总书记提出了“推动能源消费革命、能源供给革命、能源技术革命、能源体制革命和全方位加强国际合作”的能源安全战略新思想[16]。在刚过去的“十三五”期间，我国在能源消费、能源供给等方面正在逐渐向清洁低碳方向转变，产业消费双优化，氢气储能、分布式能源等创新技术积极推进，光伏、风电、动力电池等技术经济性大幅提升，新能源汽车、互联网智慧能源快速成长[17]。

美国、欧盟、日韩等发达国家和地区对动力电池退役报废回收均十分重视，比如，欧盟在《2015—2030年新能源与交通技术领域的材料供应链瓶颈分析报告》中指出，动力电池所需的锂、钴等关键原材料具有显著的供应短缺风险，应采取动力电池回收等多种方式应对风险；美国在《新兴产业政策方法》中强调，中国在新能源尤其是保障国家能源转型过程中的锂、钴、镍等关键矿物和材料中占据了大部分价值链，即使美国增加国内开采量或扩大关键矿物来源多样化，但大部分产品制造加工仍严重依赖中国，建议美国能源部调整策略，应保证动力电池等新能源供应链多样化，加大现有动力电池报废后的回收体系建设[18]。随着我国新能源电动车及相关产业发展与成熟，我国动力电池以及相关零部件所需的锂、钴、镍等关键矿物需求量也在急剧增加，预计到2030年，仅锂电池的全球市场将增长5～10倍，其中我国是全球锂电池需求增长量最大的国家。但近年来地缘政治、产业竞争以及部分国家限制出口，我国动力电池产业面临严重的供应链安全漏洞。虽然高容量动力电池的发展催生了我国新兴产业快速成长，电池制造和管理、自充电销售和租赁、充换电兼容等新模式、新业态陆续出现，并成为我国经济增长新动能，但我国动力电池的锂、钴、镍等关键原材料对外依存度大，除了加强产业链供应链管理，构建并完善我国动力电池退役回收系统，盘活我国已有的存量动力电池资源，可为我国新能源产业创造一个良好的内循环条件。

整体而言，在我国构建新时代清洁低碳转型发展、迈向碳达峰和碳中和目标的征程中，构建我国退役动力电池回收系统具有以下几个必要性。

2.1 可缓解我国环境污染压力

目前，我国主流新能源汽车的动力电池有磷酸铁锂电池、三元锂电池、铅酸电池和镍氢电池。以磷酸铁锂电池为例，未妥善处置的废旧锂电池一旦发生电解液泄漏，其电解液流到自然环境中会对人体和土壤、水体产生危害；而三元锂电池材料中含有锰、钴、镍等重金属，如退役后未妥善处置，将会对水源和土地造成长达50年的污染。但因我国退役动力电池回收生态系统中商业模式和政策法规尚不完善，定价交易机制也不明晰，使得退役动力电池回收综合利用市场混乱，也因处置方法和过程尚无规章秩序可循，低效率的物料分选也导致了环境二次污染。加快构建退役电池回收生态系统，结合动力电池的物理化学特性，完善具有共性的新型商业模式和定价交易理论，可促进我国退役动力电池综合利用的绿色化、环保化，有助于我国退役动力电池回收生态的良性发展，也为构建我国能源安全体系作出贡献。

2.2 可辅助保障新能源关键原材料供应

目前，我国已是全球最主要的新能源汽车产销国，我国在动力电池的原材料制备、电解液、隔膜、粘结剂和集流体金属箔等配套材料以及相关的生产、组装等领域都形成了具有显著竞争力的产业链和工业体系，但我国锂、钴、镍、锰、铜等资源储量相对较低，部分关键原材料资源严重依赖进口，存在巨大的原材料短缺风险。以锂和钴为例，我国每年约有75%的锂(占全球的46%)、76.6%的钴(占全球的44%)用于锂离子动力电池生产，虽然我国锂资源丰富但禀赋差，开发条件受限，而我国钴矿分布较广，但储量小、矿石品位低、贫矿和伴生矿多，锂、钴整体资源条件贫乏。据测算，构建完善的退役动力电池回收系统，加强对关键矿物原材料的回收再利用，可满足我国新能源汽车20%锂、25%钴和11%镍的资源需求[19]，对缓解我国新能源关键原材料对外依存度意义重大。加快构建我国退役动力电池回收系统，对动力电池全生命周期的关键原材料进行全过程追踪，动态统计关键原材料的流量和库存，完善关键原材料分选回收再利用体系，一定程度上可保障我国新能源动力电池关键原材料的供应安全。

2.3 可促进我国新能源体系的可持续发展

目前，退役动力电池回收中主要有梯次利用、拆解利用2种。退役动力电池的梯次利用，是利用容量衰减、剩余放电量、剩余循环次数以及内阻等定义，对电池残值量和电池健康度进行测量和评估；退役动力电池的拆解利用，是由专业企业根据电池不同模块进行拆解[19]，将动力电池正极材料中的锂、钴、镍、锰等有价金属进行回收。据统计，目前车用动力电池退役时剩余的70%～80%的电容量仍具有较大的残余价值，此时对其拆解回收势必造成较大浪费，可将其应用至范围和要求较低的场所，这对扩大我国新能源应用场景有巨大帮助。加快构建我国退役动力电池回收系统，进一步完善我国新能源产业链的制度化建设，构建更为健康的新能源生命全周期，可有效促进我国新能源体系的可持续发展。

3 构建我国退役动力电池回收生态系统的紧迫性

2018年3月，工信部等七部委联合发布了《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》(以下简称《管理办法》)，该《管理办法》的出台背景即是中国新能源汽车的动力电池逐步进入退役报废期。2018年7月，中国科学院过程工程研究所等机构陆续发布了《2017年中国动力电池回收处理产业现状与发展报告》和《中国退役动力电池循环利用技术与产业发展报告》，这两份报告对目前中国退役动力电池回收进行了较为全面的探讨，从动力电池回收利用全产业链角度，分析关键原材料的资源供给、利用技术与装备、过程污染控制、政策法规、产业上下游等多层面的发展现状，最终形成新能源汽车的废旧动力电池回收利用产业发展路线图，为研究我国退役动力电池回收系统提供了一份指南。

从电动汽车到储能装备，高容量动力电池是我国能源体系清洁转型过程中不可或缺的一部分。中国新能源汽车在2013年之后进入大规模推广应用阶段，汽车工业协会数据显示，我国在2020年的新能源汽车销售136万辆，呈现产销两旺态势，而动力电池退役量也开始呈上升曲线。2020年我国动力电池累计退役量约20万t，预计2025年累计退役量将达78万t，构建我国退役动力电池回收生态系统迫在眉睫，但目前也存在诸多问题与挑战。

3.1 退役动力电池的安全处置尚无明确规范

新能源动力电池内的锂等元素化学性质活泼，电芯内外部环境温度、短路、外力压迫等都可能引发事故，在退役动力电池拆解回收过程中操作不当也极易起火爆炸。虽然现在新能源动力电池企业都建立了监测平台，但监测覆盖程度和密度并不能及时分析电池衰减情况，使得退役电池梯度回收、二次利用等评估准确性有一定偏差，而且退役电池安全处置标准或规范尚未完全建立，在处理退役动力电池过程中很容易产生安全隐患[20]。

3.2 梯次利用的技术、成本限制

目前对退役动力电池回收的梯次利用主要采用电芯拆解和改造利用2种方案。其中，对退役动力电池进行电芯拆解主要是为了集中筛选再组成标准化模块，但退役动力电池在回收生态中，也涉及运输、测试、分拆、筛选和重组等多个环节，技术难度大，总成本高昂。比如，采用机械法和湿法回收等绿色环保工艺对废旧磷酸铁锂电池进行回收，处理成本约8 540元/t，而回收材料收益仅为8 110元/t，每吨亏损430元[15]。另外，对退役动力电池进行改造再利用，因我国大量动力电池生产企业尚未形成统一标准，各厂家电池的尺寸、接口等非标准化，导致我国电池退役报废后的改造再利用遇到巨大阻碍[15，21]。

3.3 市场混乱和相关法规体系未及时跟进

目前我国退役动力电池回收系统尚不完善，一方面，退役动力电池回收市场充塞大量无资质小企业，近90%退役报废电池被小作坊回收、翻新后再流入二手电池市场，造成退役动力电池市场混乱；另一方面，部分极度衰竭的退役动力电池又面临无人回收的局面，造成巨大的资源闲置。虽然我国已出台《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策》等多个政策文件鼓励动力电池梯次利用，但该政策性文件较为宽泛，对责任主体、中间主体、回收实施主体尚无明确规定，使得目前我国退役动力电池回收市场较为混乱。

4 启示与建议

我国动力电池应用于新能源汽车领域相对较晚、发展迅速，但在退役动力电池回收方面，相比欧盟、日本等发达国家和地区，我国退役动力电池回收系统的研究还相对薄弱，对构建我国动力电池回收系统的必要性和紧迫性进行探讨，有3点启示：①有显著的环保效应。报废后的动力电池正极材料、电解质若不绿色安全处理，将造成巨大的环境污染，加快构建我国退役动力电池回收系统有着显著的环保效应。②有显著的经济效应。退役动力电池中的锂、钴、镍等关键金属矿物回收的市场规模在2020年就已超百亿元，2022年退役动力电池回收市场规模预计将达250亿元[21]，比如我国对钴的进口依赖度高达95%，对退役动力电池的钴元素进行回收具有显著的经济效应。③有显著的资源再利用价值。新能源产业所需的关键矿物原材料存在严重缺口，比如镍元素是动力电池的重要原料，中国年均消耗镍金属约占全球总量的1/4，但中国镍资源储量仅占全球总储量的4%左右，加快构建我国退役动力电池回收系统，对镍等关键原材料进行回收再利用，可实现资源循环再利用的价值和效率最优化[14]。

另外，构建我国退役动力电池回收系统，除了最核心的元素梯度回收，其剩余能源交易的定价等商业模式也是需要关注的问题，只有技术、机制、政策和模式更加完善，才能保证我国退役动力电池回收系统的健康可持续发展：①积极争取中央政府财政和政策支持。发挥中央财政资金对产业绿色转型升级的扶持作用，积极利用产业创新基金、精准税收减免和财政补贴等方式实现[22]，完善对退役动力电池回收系统的财政和政策保障。比如，支持动力电池循环经济绿色工程示范，鼓励绿色化发展的新能源电池产业，积极推进动力电池梯度回收生产服务业发展、关键技术。在区域协调发展规划、产业集聚区等建设过程中，对新能源电池产业链的合理布局，通过政策和财政支持退役动力电池回收系统的构建。②搭建绿色科技公共服务平台。针对动力电池等新能源产业，加强公共服务平台和中介服务机构建设，加快完善动力电池回收绿色技术的创新平台，推广和应用动力电池回收体系中的关键共性技术，整体提升动力电池绿色回收体系的技术水平。另外，发展动力电池相关的各类科技服务机构，强化动力电池回收生态相关的科技文献平台、政策信息服务平台、科技数据平台、大型科研设备共享等基础服务的支撑功能，在全国培育一定数量的动力电池回收科技成果转化基地，加速相关科技成果产业化应用。③健全产学研合作与人才保障机制。围绕动力电池等新能源产业，鼓励企业和国内外高校院所联合建立工程技术研究中心，形成优势互补、利益共享的产学研机制。另外，我国能源清洁低碳转型离不开专业化技术人才，在加快构建我国退役动力电池回收系统的过程中，应改变“重学历、轻技能”的人才选聘导向，积极培养测试、拆解等各类技术人才[23]，形成国家需要、企业响应、技术人才参与的良好格局。④加强动力电池回收系统的知识产权力度。动力电池回收系统对优化我国能源结构有重要作用，但其体系构建除了发展产业链本身，还应加强动力电池回收系统的科技知识产权保护，大胆探索和实践动力电池回收的科技成果转化机制，保护和激发市场主体科技创新积极性，严厉打击相关侵权行为[24]。同时，还需健全动力电池回收生态系统的专利审批、审核及转让，构建行政管理部门、司法部门、大型互联网平台的深度合作机制，有效保护动力电池回收系统中的知识产权[13，25]。

5 结语

低碳低碳可持续发展已成为全球共识，纵然2020年新冠肺炎疫情给中国能源的绿色转型发展带来新挑战，但中国构建清洁低碳、智慧高效、协调稳定的能源结构之决心未变[1，2，17，26]。在双碳目标下，构建我国退役动力电池回收系统既必要也紧迫，应合理利用财政和政策引导，搭建绿色科技公共服务平台，健全产学研人才和知识产权保障体系，加快构建梯次利用、拆解利用等绿色环保的退役动力电池回收系统，保障我国新能源及其相关产业的健康可持续发展。