二次電動(dòng)汽車電池：儲(chǔ)能領(lǐng)域最新價(jià)值池

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編輯：Yeti＠ERR能研微訊團(tuán)隊(duì)

2019年4月，麥肯錫未來(lái)移動(dòng)中心發(fā)布《二次電動(dòng)汽車電池：儲(chǔ)能領(lǐng)域的最新價(jià)值池》，在此ERR能研微訊研究團(tuán)隊(duì)對(duì)全文進(jìn)行了翻譯，分享給大家，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)擴(kuò)散！

二次電動(dòng)汽車電池：儲(chǔ)能領(lǐng)域的最新價(jià)值池

隨著電動(dòng)汽車（EV）的持續(xù)全球增長(zhǎng)，電力行業(yè)出現(xiàn)了新的機(jī)遇：由二手電動(dòng)汽車電池供電的固定式存儲(chǔ)，到2030年可能超過200太瓦時(shí)。

在接下來(lái)的幾十年中，電動(dòng)汽車（EV）的強(qiáng)勁增長(zhǎng)將導(dǎo)致電池的可用性達(dá)到太瓦時(shí)水平，電池將不只滿足電動(dòng)汽車的使用要求。從這個(gè)角度來(lái)看，像美國(guó)這樣的國(guó)家在一整年中使用數(shù)太瓦時(shí)的電力，這是一個(gè)很大的儲(chǔ)能潛力。為這些仍然有用的電池找到應(yīng)用場(chǎng)景可以創(chuàng)造巨大的價(jià)值，甚至最終有助于降低儲(chǔ)能成本，使可再生能源進(jìn)一步接入我們的電網(wǎng)中。

有可能引發(fā)第二次生命

電動(dòng)汽車電池的使用壽命很長(zhǎng)。由于極端的工作溫度、每年數(shù)百次的部分循環(huán)以及不斷變化的放電率，電動(dòng)汽車應(yīng)用中的鋰離子電池在運(yùn)行的前五年中會(huì)嚴(yán)重退化，在大多數(shù)情況下，其設(shè)計(jì)使用壽命約為十年。然而，即使這些電池不再滿足電動(dòng)汽車的性能標(biāo)準(zhǔn)，它們也可以使用第二次壽命，這通常包括保持總可用容量的80％，并在24小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)僅5％的靜止自放電率。再制造后，這種電池仍能充分發(fā)揮其性能，以滿足要求較低的應(yīng)用，如固定式儲(chǔ)能服務(wù)。

當(dāng)電動(dòng)汽車電池達(dá)到其有用的第一次壽命時(shí)，制造商有3種選擇：它們可以處理它，回收有價(jià)值的金屬，或者重復(fù)使用它（圖1）。如果包裝損壞或者在缺乏必要市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的地區(qū)，則最常發(fā)生處置。在大多數(shù)地區(qū)，監(jiān)管可防止大規(guī)模處置。如果電池電極含有高價(jià)值的金屬，如鈷和鎳，回收可能是有意義的，因?yàn)椴少?gòu)和回收成本之間可能存在足夠的差距，特別是考慮到預(yù)計(jì)在20世紀(jì)20年代供應(yīng)的鎳和可能的鈷供應(yīng)緊張。 雖然通過回收獲得額外的電池金屬來(lái)源對(duì)于希望確保供應(yīng)的電池制造商來(lái)說非常有吸引力，但開發(fā)一種具有足夠成本競(jìng)爭(zhēng)力的回收工藝對(duì)于獲取規(guī)模的這條路徑至關(guān)重要；然而，回收更多材料的新工藝尚未完全成熟。

圖1用過的電動(dòng)汽車電池在要求較低的應(yīng)用中仍然有用

對(duì)于需要較少頻率電池循環(huán)的固定能量存儲(chǔ)應(yīng)用（例如，每年100至300個(gè)循環(huán)）的電池需求，市場(chǎng)上的再利用可以提供最大的價(jià)值。根據(jù)循環(huán)要求，3種應(yīng)用最適合二次電動(dòng)車電池：通過替換更昂貴和效率更低的資產(chǎn)（例如舊的聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)），提供儲(chǔ)備能量以更低的成本維持公用事業(yè)的電力可靠性，推遲輸電和配電投資，利用電力套利機(jī)會(huì)，在稀缺期間儲(chǔ)存可再生電力，從而為電網(wǎng)提供更大的電網(wǎng)靈活性和穩(wěn)固性。在2025年，在這些應(yīng)用中，二次電池的價(jià)格比新電池便宜30～70％，每次循環(huán)的資本顯著減少。

大量挑戰(zhàn)

由于近年來(lái)電動(dòng)汽車的迅速增長(zhǎng)，在某些情況下，未來(lái)十年的預(yù)期增長(zhǎng)甚至更快，到2030年，用于固定應(yīng)用的二次電池供應(yīng)可能超過每年200千兆瓦時(shí)。這一數(shù)量將超過低循環(huán)和高循環(huán)應(yīng)用的鋰離子公用事業(yè)規(guī)模存儲(chǔ)需求（圖2），到2030年，這將構(gòu)成一個(gè)全球價(jià)值超過300億美元的市場(chǎng)。

圖2 到2030年，二次鋰離子電池的年供應(yīng)量可能超過200千兆瓦時(shí)

然而，要打開這一新的電池供應(yīng)池，必須克服電動(dòng)汽車電池重新利用的幾個(gè)挑戰(zhàn)。

第一種是市場(chǎng)上大量的電池組設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)在尺寸、電極化學(xué)和格式（圓柱形、棱柱形和袋形）上有所不同。每個(gè)電池由電池制造商和汽車原始設(shè)備制造商設(shè)計(jì)，以最適合給定的電動(dòng)汽車模型，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)化和體積碎片化，這增加了翻新的復(fù)雜性。到2025年，將有多達(dá)250種新的電動(dòng)汽車型號(hào)，其中包括來(lái)自15家以上制造商的電池。

第二個(gè)挑戰(zhàn)是降低新電池的成本。隨著新電池的價(jià)格越來(lái)越便宜，舊電池和新電池之間的成本差異會(huì)減小，因?yàn)樵僦圃斐杀镜南陆邓俣阮A(yù)計(jì)會(huì)滯后于新制造成本的下降速度。我們估計(jì)，按照目前的速度，到2040年，第二代電池在20世紀(jì)20年代中期可能表現(xiàn)出的30～70％的成本優(yōu)勢(shì)可能會(huì)降至25％左右。這種成本差距需要保持足夠大，以保證與新的替代品相比，二次電池的性能限制。

第三個(gè)挑戰(zhàn)是關(guān)于二次電池標(biāo)準(zhǔn)的萌芽。對(duì)于二次電池的質(zhì)量或性能沒有保證，很少有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注電池管理系統(tǒng)或健康狀況披露，更不用說特定應(yīng)用中使用的電池的標(biāo)準(zhǔn)性能規(guī)范了。

第四個(gè)挑戰(zhàn)是不成熟的監(jiān)管制度。今天，雖然大多數(shù)市場(chǎng)都有某種形式的法規(guī)要求對(duì)消費(fèi)電子產(chǎn)品進(jìn)行回收或再制造，但大多數(shù)市場(chǎng)沒有針對(duì)電動(dòng)汽車電池的具體要求或生產(chǎn)者與消費(fèi)者之間的責(zé)任劃分，除了一些設(shè)定了目標(biāo)的例子（如加利福尼亞和中國(guó)）。缺乏監(jiān)管為原始設(shè)備制造商、二次電池公司和潛在客戶帶來(lái)了不確定性。缺乏監(jiān)管也導(dǎo)致了在回收或再利用是主要途徑方面的區(qū)域差異。

雖然這些挑戰(zhàn)具有重大意義，但可以通過供應(yīng)商、最終用戶和行業(yè)監(jiān)管機(jī)構(gòu)的有針對(duì)性的行動(dòng)加以克服，從而形成可持續(xù)的二次電池行業(yè)。事實(shí)上，許多這些有針對(duì)性的行動(dòng)已經(jīng)被前瞻性的參與者和行業(yè)協(xié)會(huì)所采取。

首先，為了應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車模型和電池?cái)?shù)量，汽車制造商可以在設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車時(shí)考慮到二次應(yīng)用。例如，日產(chǎn)正式與住友公司合作，將日產(chǎn)Leaf的電池組重新用于固定分布式和公用事業(yè)規(guī)模的存儲(chǔ)系統(tǒng)。2018年9月，雷諾宣布了其先進(jìn)的電池存儲(chǔ)計(jì)劃。這項(xiàng)合作涉及能源領(lǐng)域的多個(gè)合作伙伴，預(yù)計(jì)到2020年歐洲將安裝70兆瓦／60兆瓦時(shí)的電動(dòng)汽車電池，這是迄今為止歐洲最大的一次。

為了在新鋰離子電池成本下降的情況下保持競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)可以工業(yè)化和規(guī)模化再制造過程，以降低成本，從而保持新電池和舊電池之間的價(jià)值差距。

關(guān)于缺乏標(biāo)準(zhǔn)，由原始設(shè)備制造商和二次電池公司組成的各種全球機(jī)構(gòu)和私營(yíng)部門聯(lián)盟已經(jīng)在制定全行業(yè)的二次電池安全標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)將基本上根據(jù)電池的性能潛力對(duì)電池進(jìn)行分類，并根據(jù)電池的性能需求對(duì)存儲(chǔ)應(yīng)用進(jìn)行分類，以提高產(chǎn)品供應(yīng)和市場(chǎng)需求的透明度。鑒于電動(dòng)汽車電池行業(yè)的動(dòng)態(tài)特性以及對(duì)設(shè)計(jì)、制造和性能突破的不懈關(guān)注，建立一個(gè)機(jī)構(gòu)定期審查和完善電池標(biāo)準(zhǔn)，并每年報(bào)告平均成本和運(yùn)行基準(zhǔn)，可能會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)電池部署的增長(zhǎng)。

最后，在沒有說明回收或再利用是避免大規(guī)模處置電池所需路徑的指令法規(guī)的情況下，涉及的利益相關(guān)者（包括電池原始設(shè)備制造商、第二壽命公司、汽車原始設(shè)備制造商和公用事業(yè)公司）有機(jī)會(huì)塑造生態(tài)系統(tǒng)。他們不僅可以識(shí)別回收和再利用之間的價(jià)值最大化路徑，還可以開發(fā)新的業(yè)務(wù)模型來(lái)充分捕捉手頭的價(jià)值。例如，雷諾與行業(yè)合作伙伴一起參與回收和再利用項(xiàng)目，并在每個(gè)途徑中建立基于區(qū)域背景的結(jié)構(gòu)化流程。通過與最終客戶建立關(guān)系，無(wú)論是公用事業(yè)還是商業(yè)或工業(yè)企業(yè)，通過深入了解其產(chǎn)能擴(kuò)張計(jì)劃，雷諾等汽車原始設(shè)備制造商，甚至是電池原始設(shè)備制造商，都可以智能地選擇其壽命終結(jié)管理途徑（ 也就是說，確定是否有足夠的需求來(lái)自適用于再制造電池的應(yīng)用或是否更可取的再循環(huán)）。

電池所有權(quán)模式也可能演變。如今，汽車原始設(shè)備制造商和電池原始設(shè)備制造商很樂意將電池所有權(quán)交給車主。然而，隨著二次市場(chǎng)的穩(wěn)定，擁有電池系統(tǒng)將變得更具吸引力，因?yàn)樵撓到y(tǒng)的確定剩余價(jià)值，汽車制造商和電池制造商不想放棄。因此，我們可能會(huì)看到電動(dòng)汽車電池租賃的增長(zhǎng)，這樣汽車原始設(shè)備制造商或電池原始設(shè)備制造商就可以保持對(duì)電池第二收入流的所有權(quán)。

電動(dòng)汽車向主流應(yīng)用的轉(zhuǎn)變已經(jīng)在很大程度上破壞了汽車價(jià)值鏈，現(xiàn)在也即將破壞儲(chǔ)能價(jià)值鏈。未來(lái)需要處理數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的電動(dòng)汽車電池已經(jīng)導(dǎo)致了新的回收和再利用產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)，創(chuàng)造了新的價(jià)值池，具有利用可再生能源并將其整合到我們的電網(wǎng)中的新潛力。雖然這些行業(yè)面臨著市場(chǎng)創(chuàng)造前沿的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，但企業(yè)及其監(jiān)管機(jī)構(gòu)有權(quán)采取行動(dòng)，定位自己，以獲取二次電池所承諾的價(jià)值。他們只需要展望未來(lái)。