汽车动力电池全生命周期管理

艾哈迈德·佩萨兰，1劳伦·罗曼，2和约翰·金凯德3 1国家可再生能源实验室2 Everledger3 2ndLifeBatteries. com 技术报告NREL / TP - 5700 - 845202023年2月 电动汽车锂离子电池生命周期管理 艾哈迈德·佩萨兰，1劳伦·罗曼，2和约翰·金凯德3 1国家可再生能源实验室2 Everledger3 2ndLifeBatteries. com 建议引用 Pesaran, Ahmad, Lauren Roman, and John Kincaide. 2023.电动汽车锂离子电池生命周期管理.Golden, CO:国家可再生能源实验室. NREL / TP - 5700 - 84520. https: / / www. nr el. gov / docs /fy23osti / 84520. pdf. 技术报告NREL / TP - 5700 - 845202023年2月 该报告可从国家可再生能源实验室（NREL）免费获得，网址为www. nrel. gov/ publications。 国家可再生能源实验室15013丹佛西大路Golden,CO80401 NOTICE 这项工作部分由国家可再生能源实验室撰写，该实验室由可持续能源联盟有限责任公司为美国S.能源部(DOE)根据合同编号DE - AC36- 08GO28308。美国提供的资金S.能源部能源效率和可再生能源车辆技术办公室。本文表达的观点不一定代表美国能源部或美国的观点。S.政府。 该报告可从国家可再生能源实验室（NREL）免费获得，网址为www.nrel. gov / publications。 美国能源部（DOE）在1991年以后编写的报告以及越来越多的1991年以前的文件可通过www. OSTI. gov免费获得。 Dennis Schroeder的封面照片：（顺时针，从左到右）NREL 51934，NREL 45897，NREL 42160，NREL 45891，NREL 48097，NREL46526。 NREL在包含回收内容的纸张上打印。 前言 毫无疑问，电动汽车（EV）是解决交通运输部门气候变化影响的关键，正在迅速普及和普及。由于与关键电池矿物质的供应相关的限制和其他挑战，最大限度地利用电动汽车电池并确保电池矿物质的回收势在必行。因此，从供应链和环境足迹的角度来看，这些电池的适当生命周期管理（再利用和回收）必须成为电动汽车生态系统的一部分。本报告分为两部分。第一部分对电动汽车电池的再利用和回收技术进行了技术概述，以及实现其循环经济的机会和障碍。第二部分调查全球倡议，包括美国的倡议S.，由政府和行业推动和规范电池在整个生命周期的责任管理。电池用于储能系统的二次使用延长了这些资源的初始寿命，并提供了缓冲，直到经济的材料回收设施到位。尽管有多种途径可以回收和回收材料，但新的回收技术正朝着商业化的湿法冶金和有希望的直接回收发展，分析表明这种技术的整体碳足迹最低。将这些工厂战略性地定位在靠近电池收集的位置进一步减少了运输，从而降低了回收和回收成本。适当的生命周期管理可以缓解电动汽车未来的锂离子电池材料供应链。世界各国政府和其他利益相关者已经开始采取措施并提出法规，以应对与电动汽车锂电池生命周期管理相关的挑战。最后，随着制造商越来越多地面临如此广泛的法规要求的可能性，应注意可以降低生命周期管理成本的新设计，销售和服务模型。 Acknowledgments 我们感谢以下行业专家和几个组织在这项工作的早期阶段提供的见解和意见，以使本报告更加相关。这项工作的内容是作者对其投入的理解，并不反映这些专家和组织的观点。尽管我们有权使用来自各种来源的数据，但这并不意味着对这些来源的内容有任何认可。 废品回收工业研究所国际汽车工程学会联合会储能协会Renata Arsenault,福特汽车公司Natalia Artal, Applus IDIADAScott Austin, Everledger. io: AIM IoT工作组主席Raja Badrinarayanan, Ansys乔·布里坦，零排放运输协会史蒂夫·克里斯滕森，负责任的电池联盟Cirba Solutions的Todd Coy詹妮弗·迪金斯，阿尔伯马尔Bob Galyen, Galyen Energy LLC: SAE电池标准指导委员会主席Caroline Godkin, CalEPAKris Hunter，全球电池解决方案达内尔·琼斯，斯泰兰蒂斯Cameron Kinsey, EverledgerAjay Kochar, Li - Cycle. comKellen Mahoney，环境供应商合作伙伴关系Lea Malloy，Cox AutomotiveHans Eric Melin, CircularEnergyStorage. comTony Mola，汽车服务协会Sean O 'Day，泰坦先进能源解决方案Chandan Sawhney,塔塔汽车Prasanna Srinivasan, Parker. comMichael Stapelbroek, Ing., FEV劳拉·瓦格纳，福特汽车公司布列塔尼·韦斯特莱克，电力研究所Ginny Whelan，汽车回收商协会Michael Worry, Nuvation Energy LtdRoss Zambanini, Parker. com 缩略语列表 BESS电池储能系统BMS电池管理系统欧盟电动汽车EVB电动汽车电池FTL满载IoT物联网LIB锂离子电池LTL小于卡车负载NFC近场通信镍氢镍金属氢化物OEM原始设备制造商（可指汽车和电池品牌或品牌认可/认证的零件）PEV插电式电动汽车(电池电动汽车或插电式混合动力电动汽车)雨水超高频射频识别RFID射频识别SOC荷电状态SOH健康状况SP供应商环境伙伴关系 执行摘要 在过去的12年中，插电式电动汽车（EV）的年销售额显着增长，从每年数千辆增加到数百万辆（Kae 2021）。这在很大程度上是由于电动汽车具有更好的驾驶性能、提高电池能量密度、降低燃料成本、减少环境足迹等吸引人的特点，当然还有世界各国政府提供的激励措施。印度，爱尔兰，荷兰，丹麦，挪威和英国已经提议在2030年至2035年之前禁止销售轻型汽油和柴油车辆。许多其他国家和现在一些美国S.各州也设定了纯电动汽车的销售目标。在美国、中国、欧盟(EU)、英国和加拿大，尽管由于COVID - 19大流行，内燃机汽车的销量下降了15%，但电动汽车销量在2020年增长了41%，达到300万辆左右。2022年，全球电动汽车销量占所有新车销量的10%，高于2021年的8.3%。（Kleder 2023）。 作为为电动汽车提供动力的关键部件，电动汽车电池（EVB）有望在使交通更清洁，同时应对气候变化和改善环境质量方面发挥重要作用（Mratori等人。2021年；李等人。2015).锂离子电池（LIB）目前是EVB的唯一选择，预计这一趋势将在未来保持很好（X等人。2020）。LIB的适当生命周期管理（维修，再利用，回收和处置）必须是其开发和实施的主要考虑因素（VTO 2021）。在使用和潜在的二次寿命期间优化管理EVB并确保在寿命结束时负责任地回收对于支持这些目标至关重要，同时确保未来EVB和固定式存储系统的关键电池金属和矿物的可持续供应。 本报告的目的是向EVB生命周期管理中的所有利益相关者通报最佳EVB生命周期管理的全球举措，挑战和机遇，并鼓励合作以支持未来可持续的EVB行业。本报告分为两个主要部分：（1）回收和再利用的技术方面；（2）法规，倡议和利益相关者的观点。第一部分介绍了电动汽车（EV）电池的再利用和回收技术的技术概述，以及它们在创建循环经济中面临的机遇和挑战。我们强调了锂离子电池（LIB）在向清洁能源过渡中的关键作用，并研究了目前提取关键电池矿物质的方法。我们探讨电池设计如何影响回收和再利用，并讨论传统电池生命周期管理的创新替代方案，以加强回收和再利用工作。第二部分回顾了全球倡议，包括美国的倡议。S.，旨在促进和规范电池在整个生命周期内的负责任管理。我们研究了越来越多的旨在确保可持续能源未来的举措和法规，并提供了各个行业利益相关者的观点。此外，我们引入了新的数据管理和其他策略，可以简化合规性并促进电动汽车电池的循环经济。 创建循环经济来管理EVB将有助于各国实现关键的全球温室气体/二氧化碳减排目标，并确保为此提供所需的电池矿物的长期供应。我们希望本报告将激发各行业的广泛讨论和行动，以确保可持续的新能源未来，使EVB的循环经济成为现实。 目录 执行摘要vi1 重复使用、回收和重新映像11.1 为什么是电动汽车？11.1.1电动汽车电池21.1.2当前锂离子电池技术与材料21.1.3关键锂离子电池材料：当前和未来31.1.4EVB恢复技术31.2第二人生41.2.1二次电池市场51.2.2二次电池的价值51.2.3二次电池市场的演变和挑战61.2.4第二人生“大电梯” 61.3报废锂离子电池回收技术71.3.1火法冶金71.3.2湿法冶金71.3.3直接回收81.4EVB回收挑战91.4.1价值还是成本？91.4.2运输成本101.4.3电池逆向物流：满足法规要求101.4.4降低运输成本和影响111.5EVB设计现状：回收利用的挑战与机遇121.5.1拆卸约束121.5.2保温材料121.5.3塑料与复合材料141.5.4新的拆卸溶剂和解决方案141.6其他电池寿命周期管理模型151.6.1电池即服务151.6.2电池租赁151.6.3环境手续费161.6.4自由市场模式161.6.5双型号：电池即服务/租赁和环境处理费161.7结论16 2法规、倡议和利益相关者的观点172.1 利益相关者的挑战和机遇172.1.1生命周期利益相关者调查结果182.2 为利益相关者提供EVB数据的技术212.2.1访问电池数据的障碍和机会212.2.2当BMS完好时访问蓄电池SOH和SOC 212.2.3通过远程信息处理的BMS数据222.2.4车辆外部的电池健康状态捕获：超声波检测222.2.5识别第二生命SOH捕获方法222.3 支持电池数据共享的信息技术232.3.1用于跟踪和追踪的物联网电池和关键部件232.3.2整个电池寿命周期内的数据共享242.3.3锂离子电池和先进信息技术：电池护照242.4 全球倡议和条例262.4.1提高电动汽车采用率的全球倡议262.4.2中国倡议27 7 2.4.3全球电池联盟272.4.4欧盟绿色协议：电池战略行动计划272.4.5美国政府272.4.6美国政府292.4.7欧洲电池联盟292.5条例302.5.1中国生产者责任302.5.2欧盟委员会提议的电池法规302.5.3德国电池法312.5.42001年日本《促进资源有效利用法》322.5.5加州环境保护局322.5.6马萨诸塞州维修权332.6利益相关者的见解和观点332.6.1汽车回收协会332.6.2汽车服务协会332.6.3储能协会342.6.4EVB回收器342.6.5电动汽车OEM 352.6.6零排放运输协会352.7结论36术语表37参考资料38 数字列表 图1.客运电动汽车的年销售额-过去5年和未来预测。2图2.按美国应用分列的预计可供重复使用和回收的锂离子吨数States............................................................................4图3.回收EVB的电池拆卸挑战。13图4.包装拆卸-热塑性材料挑战14图5. EVB行业利益相关者（不包括监管机构或相关协会）18图6. SP负责任电池工作组调查的主要结果20图7.区块链、自动ID和数据捕获25图8.区块链平台上的数据共享26