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退役动力电池回收模式及转运包装探讨

2023-11-02 32 上传者：管理员

摘要：在能源危机与全球气候变暖的压力驱使下，新能源汽车产业迎来了爆发式增长，经过使用的新能源汽车动力电池也迎来了退役潮。尽管退役电池已不能满足新能源汽车继续使用的要求，但将其回收并梯次利用后仍有着相当的价值，在其他地方贡献余热。本文梳理了国内外动力电池回收模式、运输相关规定、转运包装情况。最后提出了一系列建议，希望能促进动力电池回收产业进一步发展，走向健全。

关键词：
回收
新能源汽车
绿色转型
转运包装
退役动力电池
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1、背景

作为战略性新兴产业，新能源汽车近年来在政府和企业的不断推动下发展迅猛，风头正盛。根据公安部统计数据显示，截至2022年底，全国新能源汽车的保有量已高达1310万辆，占汽车总量的4.10%，扣除报废和注销量比2021年增加526万辆，增长67.13%[1,7]。党的二十大报告明确指出，加快发展绿色转型，推进经济发展绿色化、低碳化是实现高质量发展的必要环节。在此背景下，清洁低碳的新能源汽车市场会持续火爆。动力电池是新能源汽车的三大核心部件之一，其数量也随着新能源汽车的火爆而发生井喷式增长，可以预见，随着新能源汽车产业的不断火爆，此现象还将一直持续。一般情况下，动力电池的剩余容量低于初始值的80%就不再符合电动汽车的使用标准，需要退役了，而这个时间节点约为5～8年。按照这个时间节点，中国已经迎来了新能源汽车动力电池更换和报废的第一个高峰期。当今世界，资源的回收再利用问题不断引起各国的的重视，对于具有高价值属性的退役动力电池更是愈发重视。

2、国内外回收现状

在废旧旧电池回收方面，美国的法律体系较为完备，其相关的法律体系涵盖了联邦、州和地方的三个层次。在三个层次法律的相互补充、相互制约下，美国电池回收的法律体系逐步趋于完整。在联邦层面上，联邦政府通过发放许可证的方式来对电池制造商和废旧电池回收商实行监管。而在州一级，大多数州采纳国际电池委员会（BCI）提出的有关电池回收方面法规并在价格机制的指导下，让零售商和消费者有序地参与旧电池的回收。例如，纽约州和加州制定的法律就要求消费者的一次性可充电电池应当被这方面的零售商无偿回收。在地方一级，大多数城市也都陆续颁布电池回收方面的相关法规，以便提升废旧电池的回收率，进而减少废旧电池对环境造成一定程度的危害。

德国也非常重视动力电池的回收，在电池回收的法律法规和责任分工方面做了大量工作。法律、责任和义务的结合，构成了当前德国的动力电池回收体系。德国政府根据《报废汽车指令》、《电池回收指令》等指令，制定了一套与之相关的回收法律，如《报废汽车回收法》、《电池回收法》等，在这些法律的框架下，德国的废旧电池回收行业有了明确的分工[2]，产业链上的生产者、消费者和回收者都具有一定的责任和义务。电池制造商需要向政府注册，以生产或进口电池，而下游分销商则负责建立一个电池回收商网络。与此同时，用户也有义务将废旧电池送回相应的回收机构。此外，德国在电池回收方面尤其重视“生产者责任延伸制度”并将其应用于产业供应链中。例如，宝马公司致力于建立一个闭环的产业链来实现动力电池的价值链。通过对电池原材料的获取、研发、生产、安装，直至回收这一闭环过程的整合，实现企业动力电池产业价值的最大化。

受原材料短缺的影响，日本在电池回收方面也有着诸多布置，在某些方面做到了全球领先。自上世纪90年代始，日本就开始电池回收的布置，形成了由电池生产商、电池零售商、汽车销售商、消费者所构成的电池回收网络。迄今为止，日本已然建立了一个服务公司网络，主要由电池制造公司主导[3]，借助零售商、经销商和加油站免费收集用户的废旧电池，然后交由专业的电池回收公司处置。相应的，日本从基本法、综合法、特别法三个层级出台法律来为日本的电池回收行业保驾护航。同时，日本政府鼓励汽车制造商投资在动力电池回收技术相关资源回收的研究。由于特殊的地理条件，日本的自然灾害频频发生，这使得日本对应急电源以及家庭储能电池的需求巨大，进而产生了许多“4 Energy”公司。该类型公司主要是致力于退役动力电池的梯次利用，生产二次利用的电池产品，延长电池的生命周期。

我国是世界最大的新能源汽车产销国，有着相当庞大的动力电池回收市场。近年来，全国各地相继出台了相应的回收政策，明确了电池回收责任主体。对动力电池的回收、处理作出相应规范。目前国家发布的回收政策有《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》等文件[4]。这为行业管理与回收监管提供了依据。我国报废动力电池的数量同动力电池消费量一样迅速增长，废旧电池若不能恰当的回收处理会给环境带来严重的污染并浪费宝贵的资源。

动力电池回收行业对回收政策、回收模式、回收处理技术有着广泛的研究和探讨，但是对于废旧动力电池的转运包装，运输监管等相关方面尚缺乏细致的研究。根据《联合国关于危险货物运输建议书规章范本》的规定，锂电池是列明危险品被列为第9类危险品杂项，锂电池最大的风险在于极易燃烧和爆炸，短路、过充、泄露、破损、温度失控等问题均会导致意外事故的发生。锂电池产量的增长带来运输量的快速增长，运输量的快速增长，由运输带来的安全压力也随之而来。近年来，动力电池运输事故频发，相继发生2016年京港澳高速锂电池运输事故、2020年浦东机场锂电池运输事故、2021年上海外高桥锂电池运输事故、2022年深圳龙岗区横岭服务区动力电池运输着火等事故。发生此类安全事故的重要原因便有运输监管与包装处理不到位，相关标准规范不健全。由此可见，动力电池的运输安全与包装安全等问题的妥善解决仍任重而道远。

3、运输相关规定与标准

在标准GB/T 38698.1-2020《车用动力电池回收利用管理规范第1部分：包装运输》[5]中，确定了回收动力蓄电池的分类的判定标准，采用不同的包装与运输要求。目前，我国的锂电池运输标准主要根据其相关内容进行制定。

国际上，与锂电池的相关标准普遍遵循联合国《关于危险货物运输的建议书规章范本》（TDG）。TDG是联合国在20世纪50年代制定的一份法律文件，用于规范危险货物的国际运输，是全球危险货物运输立法的基本文件。对于锂电池出口的包装更是有着严格的规定：

1.包装容器上是否印刷有清晰、牢固、正确的联合国UN包装标记、批次及危险货物标志，标记、标志和包装是否符合相关要求[6]。

2.包装件外表应清洁，不允许有残留物、污染或渗漏[6]。

3.木箱、纤维板箱用钉紧固时应钉实，钉尖要盘倒，钉尖、钉帽不得突出；箱体应完好无损，打包带紧箍箱体。瓦楞纸箱应完好无损，封口应平整牢固，打包带紧箍箱体[6]。

4.各电池或电池组间、堆叠电池的上下层间应有不导电材料分隔以防止互相接触[6]。

5.电池应有防短路的保护装置[6]。

6.电池的电极不得支承其他叠加电池的质量[6]。

7.国际规章中对锂电池或锂电池组包装的特殊规定[6]。

由于《规章范本》中有关锂电池运输技术要求部分，是由美国、法国等西方国家在2000年左右，根据3C产品的消费类锂电池的技术特点制定。但动力电池在安全特性、包装要求、运输作业规范等方面，与消费类锂电池有着较大的差别，难以满足动力电池运输安全的要求。所以对其相关规定的引用必须考虑实际情况与动力电池的区别。

联合国《关于危险品运输的建议书规章范本》是制订其他危险品规范的依据。由于危险品采取的运输方式不同，应采取的国际法则或规章也有所不同。例如，公路运输选择欧洲陆运协会（ADR）关于如何分类、包装、贴标签和运输危险品的操作要求；海洋运输选择《国际海运危险货物规则》（IMDG CODE）；航运选择国际民用航空组织ICAO–TI或国际航空运输协会的危险品规范[7]。

4、现有电池转运装介绍

自从锂电池的安全问题引起人们的注意，许多政府机构和监管委员会一直都致力于制定更为科学的规定。几年前，国际航空运输协会（IATA）发布了他们的锂电池运输指南，并宣称他们的指南将将根据需要进行更新和扩展。美国联邦航空局也针对锂电池的安全问题不断采取措施。所有动力电池包装的设计都必须能够防止可能导致的火灾损坏。包装的设计应防止任何可能导致短路等问题的碰撞。防止电池在包装内移动至关重要。而且，考虑到装卸的便携性，包装的要求可能还会因为运输方式、电池尺寸、运输数量的不同而不同。

当前动力电池的运输包装多以木制纸箱为主，如胶合板箱，瓦楞纸板等。胶合板箱由木头和钢材组合而成，坚固且重量轻，适用于重型电动汽车电池。瓦楞纸箱内衬有合适的发泡聚丙烯泡沫，以防止动力电池在运输过程中发生碰撞。然后将它们堆叠并固定在托盘上。它们重量轻、体积小，可节省空间和运费。

欧洲的Reneos公司致力于为废电池的包装、运输和处理提供量身定制的解决方案。他们宣称Reneos包装是：专为使用过的、损坏的甚至是关键的电池而设计；经过广泛测试并兼容多种类型的EV电池；来自各种化学品的电池；具有不同几何形状或电池形状的电池；

不同电池功率(kWh)的电池，为客户的需求而量身提供解决方案。Thielmann也研发有电池安全箱旨在管理危险电池的处理，在其回收过程中对其进行处理。此公司保险箱提供了一个稳定安全的保护环境，从有缺陷和潜在危险的电池会自燃并释放气体这点出发，确保设计的包装外不会形成火焰，外表面温度不超过100℃;没有碎片可以从包装中逸出;并且始终保持包装的结构完整性。以其产品700&3000为例，其材料选不可燃、不导电和吸收性缓慢的材料，箱子里配备气体管理系统，包括过滤系统。箱子在火灾事件后也能重复使用并可过滤燃烧产物，箱子也可进行堆叠。Chep的包装则主要以环保和减碳为出发点，其包装大多可折叠，设计轻巧且坚固，使用完全可回收的材料，值得一提的是，Chep的一些包装具备RFID跟踪功能，这无疑对确保电池的运输安全有着更为重要的保证。

国内许多企业也设计了众多专利来进行针对性的解决动力电池包装箱的一些问题。广汽汽车集团设计的包装箱可将箱盖翻转打开，箱壁可翻转连接于底板上，方便快捷、省力，解决了安装与拆卸不便的问题并在箱内设置安装孔，固定电池，避免产生晃动，进而不利于电池的安全运输[8]；邦普设计的废旧动力电池运输安全包装箱则主要考虑电池运输过程中的安全问题，侧重于解决电池受潮而产生的危害。通过设置两个透气口，并在吸附板内部填充吸湿剂来保证电池的安全；常州普莱德新能源电池科技有限公司设计的动力电池包装箱主要针对当前市面上众多木制包装箱着组装过程较为繁琐，不易拆卸，拆卸过程中易造成损坏，进而提升成本；各包装箱的连接部件使用钢钉进行连接，员工操作效率较低，容易产生安全问题这些方面来进行解决，通过侧板结构和底板采用插接的连接方式，盖板扣合在侧板结构上的设计来解决问题，且其侧板结构、底板以及盖板均能够循坏利用，节约成本；昆明五威科工贸有限公司通过设置通过充气阀向电池箱内填充阻燃性隔绝气体，在一定程度上避免了电池箱内发生火灾的可能性。

5、结论与启示

结合上述分析，可以看出目前在商业化的动力电池装运装置方面还有所欠缺，在专利方面，大多专利从动力电池装卸的便携性，可重复使用等角度考虑，也有个别专利考虑避免动力电池在转运过程中受潮来保证电池安全。但是动力电池由于其内部材料的活跃性，极易发生燃爆事故。退役动力电池经过多年的使用，其内部的材料的特性已然发生了巨大的变化，危险程度远高于新电池。并且锂离子动力电池电解液闪点多数低于40℃[9],一旦电解发生液泄漏并与氧气接触，就会导致电池发生燃爆。而目前市面上使用的大多转运装置缺少通过应用智能化技术来对退役动力电池运输状态进行全过程监测。就目前市场情形来看，锂电池的材料价格偏昂贵，一块动力电池的价格就是数万元。若是在运输过程中缺乏对温度的监测，或工作不到位，在运输途中一旦由于意外原因使电池发生碰撞，就极易产生电池温度升高最终发生燃爆的现象。这不仅会造成巨大的经济损失，还可能引发重大的人员安全事故。若是在高速或者城市快速路上发生燃爆，还可能会波及周围车辆。在如今科技迅速发展的时代，显然对退役动力电池转运包装的重视程度是不够的，目前的设计缺乏智能化的技术在这方面的应用。在当前大力倡导发展智慧物流的背景下，退役动力电池价值高且运输的风险程度也大，应当考虑在动力电池的装运包装中加入温湿度监测、异常温度升高预警和自动灭火等装置，以保障其转运过程的安全性，并通过物联网的方式实行实时监测。将动力电池的装运包装运输过程并入智慧物流体系中，实现智能化监测，应是未来的大势所趋，也是进一步提升动力电池运输安全性的关键所在。

参考文献:

[1]2022年我国机动车保有量达4.17亿辆[R]公安部网站,2023-01-11.

[2]电动汽车市场快速增长,如何实现降本与突破电池约束? [J]汽车与配件202209)-44-47.

[3]白晏张旻昱,王晓超碳中和背景下全球新能源汽车产业发展政策与趋势[J]信息技术与标准化, 2021(12):13-20.

[4]新能源汽车之路:发展与环保兼顾[J].检察风云,2019(06):36.

[5]吉亮.出口锂电池检验监管热点问答[J]中国海关,2022(04):52.

[6]GB/T 38698. 1-2020 ,车用动力电池回收利用管理规范第1部分:包装运输[S].

[7]李志强,田洋洋,刘随强锂电池运输包装设计与跌落仿真分析[J]包装工程2022 ,43(21):137-143.

[8]广州汽车集团股份有限公司动力电池包装箱: CN201921651303.4[P]. 2020-06-16.

[9]余海军谢英豪李长东废旧电动汽车用动力电池运输安全的试验研究[J]安全与环境工程2014,21(05): 170-173+180.

基金资助:国家社科基金项目,《区块链背景下新能源汽车动力电池回收生态系统构建及治理研究》(20BGL200);

文章来源:何杨华,王文杰,郝皓等.退役动力电池回收模式及转运包装探讨[J].时代汽车,2023(22):132-134.