作者：自然资源保护协会清洁电力项目主管周晓航、清洁电力项目副主任刘明明
动力电池是新能源汽车的核心部件，其技术创新和成本控制是我国新能源汽车产业高质量发展的关键。但目前动力电池面临着同质化竞争严重、成本居高不下、安全隐患亟需解决等问题。
NRDC的专家认为，为破解上述难题，动力电池行业应借力车网融合的政策利好进行多场景应用设计。其中，最有潜力的应用场景是实施车网互动（以下简称V2G）和动力电池的梯次利用。
图片来源：Freepik
V2G的政策利好
在近两年发布的《“十四五”现代能源体系规划》、《电力需求侧管理办法（2023年版）》和《关于进一步加快电力现货市场建设工作的通知》等文件中，电动汽车作为负荷侧灵活性调节资源的重要性得到了前所未有的重视。电动汽车通过V2G与电网双向充放电，用电低谷时段充电，用电高峰时段对电网反向放电，能够起到削峰填谷的调峰作用。
今年8月，《加快构建新型电力系统行动方案(2024—2027年)》提出，具备条件的典型地区需求侧响应能力应达到最大用电负荷的10%左右。V2G是提升响应能力的重要手段之一。今年9月，国家发改委等四部门发布《关于推动车网互动规模化应用试点工作的通知》，将在全国开展V2G规模化应用试点。V2G迎来重要发展机遇。
动力电池与V2G
作为电动汽车的核心部件，动力电池的技术发展趋势和成本直接影响到新能源汽车的健康发展。国家发改委等部门于2023年年底发布《加强新能源汽车与电网融合的实施意见》（简称车网融合政策），第一个重点任务就提出了 “加大动力电池关键技术攻关，在不明显增加成本基础上将动力电池循环寿命提升至3000次及以上，攻克高频度双向充放电工况下的电池安全防控技术。” 为有效发挥新能源汽车可控负荷或移动储能的灵活性调节能力，动力电池的技术发展和成本控制至关重要。
以往的动力电池技术发展政策性文件主要关注电池能量密度，制造企业的研发投入也侧重于提升电池能量密度。而车网融合政策的出台，为电网和新能源汽车的发展提出了新的解决方案，也为动力电池带来了新的发展机遇。
动力电池的行业困境
动力电池行业目前面临的问题包括同质化竞争严重、成本居高，以及安全隐患亟需得到解决等。
为迎合终端用户需求，电池设计聚焦缓解用户的里程和充电焦虑。因此，动力电池企业技术研发主要集中在高能量密度（长续航）和超快充技术上，技术路线趋同于全固态半固态等高能量密度电池和大功率快充电池研发等。但由于固态电池对工艺技术的要求高，目前成本仍居高不下，全固态电池成本高达30-40元/Wh（电芯），而且固态电池使用的锂金属负极在提升续航能力的同时也增加了自燃的风险。对于快充电池来说，虽然因技术发展成本有所下降，但大功率的充放电增加了安全隐患。
除了上述动力电池发展本身的困境之外，单一的技术路线选择还给行业生态带来了更广泛的负面影响。
首先，大功率充电威胁配网可靠性并影响车主体验。大量电动汽车，尤其是大功率快充型电动汽车，如果同时在峰荷时段充电，会给电网的安全稳定运行带来挑战，对充电场站的配电网提出了更高的安全等级要求和配网容量需求。这些都亟需电网增容改造，而配电网的发展需要时间和资金来有序建设。快速地发展大功率快充电池只会导致充电难，影响车主体验。2024年夏季，成都用电负荷攀升，电力供应紧张，被迫关停部分电动汽车充电场站。这种切断电动汽车充电负荷的做法，给电动汽车用户的出行带来了极大的不便。
其次，单一的技术路线推动资源向少数电池制造巨头集中。为提升安全性，全固态电池需要更高级别的工艺设计和生产水平，快充电池也需要更安全的电池管理系统，这些都对电池企业的生产、技术和管理水平提出了非常高的要求。同时，由于目前技术选择较为单一，且主流技术研发和生产投入大，需要企业具有雄厚的资金来支撑原材料供应和生产，小型创新企业很难进入动力电池行业，因此出现资源向少数电池制造巨头集中的趋势。从长期来看，不利于行业的健康发展。
此外，产业链向上布局增加企业的经营风险。为稳定原材料成本，动力电池企业纷纷向产业链上游布局，投资矿产资源产业。但此举也增加了企业的重资产投入，企业经营风险增加。在这种情况下，产业链各个环节的韧性较低。如果企业在某一个环节上的资金或经营出现问题，就很难维持正常生产。加之，由于企业布局产业链较长，投入研发的资金受限，降低了企业的创新能力，很难适应快速的市场变化。
动力电池的破局之路
上述问题不仅导致我国动力电池行业出现供给过剩、技术创新不足、产业链韧性低等现象，也让动力电池企业陷入盈利空间不断被压缩的困境。破局的关键在于产品开发上的多场景应用设计：考虑电动汽车使用过程中的相关主体需求，如区分电网、用户以及新能源发电企业等，设计更为细分的产品，满足不同场景需求，提高产品竞争力。
具体而言，未来电动汽车可以分类为长续航型、快充型和V2G型，分别对应长途行驶、运营行驶（即出租车和公交等需要快速补能的场景）和通勤短途行驶等不同场景。在这三种场景中，通勤短途行驶的电动汽车具有规律性行驶时段，适合参与V2G，为电力系统提供调节能力。V2G电池在生产设计时，要考虑频繁充放电的需求。而在另外两种情景下，电动汽车参与V2G的可能性较小，电动汽车报废以后，电池可能存在一定剩余充放电寿命。在生产和设计这种电池时，可以考虑梯次利用的需求。
V2G提高动力电池全生命周期价值
V2G能够让动力电池在电动汽车报废前充分发挥它的价值，在电力需求低谷期充电，高峰期放电或成为备用电源，既解决了电网需求，又帮助用户从中获益，实现多赢。
从车主角度来看，目前电动汽车报废后，二手车市场的回收价格较低。根据中国汽车流通协会的数据，目前二手电动汽车三年保值率低于50%，与二手燃油车相比差距较大。如果通过V2G在使用过程中就获取经济回报，可以降低购车成本，增加车主购车的意愿。以目前V2G的补贴形式测算，年收益可达到4000元左右。
从电网角度来看，目前风光等新能源发电大规模的接入导致系统调节难度和成本都在攀升，而电动汽车作为最具成本效益的灵活调节资源，可以大幅降低电力系统转型成本，为电网的安全稳定运行提供支持和保障。
然而，V2G要求电池能适应频繁充放电，保障安全性，并确保用户有一定收益。因此，需要设计低成本、高充放电寿命的动力电池，并配备实时监测电池健康和电能量状态的电池管理系统，确保电池时刻处于安全运行状态。在电网发出需求时，这类动力电池可以在保障安全的前提下进行及时响应，并在考虑电池成本的前提下给用户带来收益。
梯次利用发挥废旧动力电池的剩余价值
动力电池的回收包括再生利用和梯次利用。再生利用是将废旧动力电池通过拆解、提炼金属等方式进行资源化处理，回收有价值的再生资源。而梯次利用是将退役的动力电池进行筛选，选择电池包或模组中性能较好的电池通过储能或备用电源等方式进行再次使用。
如果直接再生利用，将只能回收材料级的价值（镍、钴、锂、锰和一些金属和碳材料），浪费了动力电池产品级的循环充放电寿命。实际上，电动汽车报废后，动力电池不一定完全报废，还存在剩余价值，也就是还有充放电使用寿命，通过梯次利用可以继续“发光发热”，在一定程度上缓解了动力电池原材料供应紧张的问题。不过，现阶段退役的动力电池在性能和原始设计上考虑不足，导致梯次利用的经济性和安全性还有待提升。
图片来源：Freepik
结束语
动力电池产业的健康发展依赖于产业链的可持续性，因此必须同时考虑效益最大化和资源的循环再利用。推广多场景应用，实施V2G和动力电池的梯次利用，是实现这一目标的关键策略。在新型电力系统建设的大背景下，将电动汽车转变为电力系统中最具灵活性的电力调节资源，不仅可以破解动力电池的困境，也将为新型电力系统的建设提供强有力的支撑。
