鋰電回收最全面分析：下一個風口？

2022-07-07 　來自: 王澤龍 182 1045 0914

　　

2018年，新能源汽車動力鋰電池將進入規模化退役階段，2020年，鋰電回收市場規模預計將達到150億，年均復合上升率超過50％，將成為新能源汽車產業鏈下一個風口。

 

1．七部委聯合公布回收政策

 

2018年三月二日，工業和信息化部、科技部、環境保護部、交通運輸部、商務部、質檢總局、能源局聯合公布《有關組織開展新能源汽車動力蓄電池回收利用試點工作的通知》，要求構建回收利用體系，探索多樣化商業模式，鼓勵產業鏈上下游公司進行有效的信息溝通和密切合作，以滿足市場需求和資源利用價值最大化為目標，建立穩定的商業運營模式，推動形成動力蓄電池梯次利用規模化市場。

 

2．市場規模：2020年預計150億

 

截至2017年底，我國累計推廣新能源汽車180多萬輛，裝配動力蓄電池約86．9GWh，2018年后新能源汽車動力蓄電池將進入規模化退役，預計到2022年累計將超過40萬噸，復合上升率70％。

 

預計未來三年鋰電池回收市場將呈現快速上升態勢，至2020年市場規模有望超過156億元，年復合上升率41％。

 

3．2017年我國鋰電回收8．3萬噸

 

GGII統計，2017年全國梯次利用和拆解報廢的鋰電池（含數碼鋰電池）共8．3萬噸，其中電池拆解占比95％。

 

梯次利用占比較小的原因包括：

 

電池廠商不愿意承擔電池安全風險，不希望報廢電池再次流入市場；

 

過去動力鋰電池報廢量較少，舊電池匹配比較難；

 

目前動力鋰電池梯次利用技術還不成熟，要不斷進行技術積累；

 

儲能市場、再利用市場空間還未大規模釋放。

 

技術多樣

 

4．技術標準體系

 

為提高動力鋰電池回收的經濟性，國家在《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規范條件》中規定，濕法冶煉條件下，鎳、鈷、錳的綜合回收率應不低于98％；火法冶煉條件下，鎳、稀土的綜合回收率應不低于97％。

 

國內領先的鋰電回收公司邦普集團，重要采用濕法技術，在鎳、鈷、錳的綜合回收率已接近或達到了《規范條件》的要求。

 

動力鋰電池回收過程中出現的二次污染是公司面對的巨大挑戰，回收過程中使用的萃取劑，回收過程中出現的廢氣以及金屬提煉后的殘渣都會對環境造成污染。

 

以格林美為例，公司會將回收金屬后的殘渣和煤矸石、頁巖等進行混合、焙燒、壓型成環保磚，最大限度地對資源循環利用；同時，格林美在液體污染物處理及水生態修復方面成果明顯，具有一套完整的環境生態修復體系。

 

目前僅對廢舊鋰電池進行回收，尚未有相關的資質要求。但廢舊鋰電池中含有鎳、鈷、錳等重金屬元素，對含有某些重金屬（如鎳元素）的廢舊電池組分進行進一步處理，則需具備危險廢物經營許可證。

 

5．磷酸鐵鋰電池適宜梯次利用

 

根據鋰電池容量來區分，100％～80％段滿足汽車動力使用，80％～20％段滿足梯次利用，20％容量以下進行報廢回收。

 

相較三元電池，磷酸鐵鋰電池循環壽命更長，80％循環壽命可達2000－6000次，CATL曾分別在25℃、45℃、60℃的溫度下進行實驗，綜合考慮儲能設備的使用條件，退役后的動力鋰電池可繼續作為儲能電池使用至少五年。

 

若將磷酸鐵鋰電池通過報廢拆解僅能夠實現每噸大約0．93萬元的經濟收益，難以覆蓋其回收成本。

 

綜上，磷酸鐵鋰電池適宜梯次利用，可充分發揮其剩余價值，實現循環經濟最大化，降低儲能系統的建設成本。

 

6．梯次利用關鍵技術在于離散整合和全生命周期追溯

 

梯次利用流程

 

首先是對退役動力鋰電池的篩選。2014年后投運的動力鋰電池保守預計能夠梯級利用比例可達60％－70％。

 

第二是組串式應用。煦達新能源項目案例做法為：將每輛電動汽車上拆下來的一套動力鋰電池組作為單獨的單元，配以中小功率的儲能逆變器，形成一個基本的儲能單元，再將多個儲能基本單元集成在一起形成中大型儲能功率系統。

 

第三是充放電管理。目前基于鉛炭電池的"削峰填谷"項目，其電池容量和功率的配比一般為8：1，也即放電倍率為0．125C，煦達溧陽項目采用的電池充放電倍率約為0．164C，放電深度為衰減后電池容量的90％。

 

梯次利用關鍵技術在于離散整合和全生命周期追溯

 

離散整合技術重要包括動力鋰電池組拆解和系統集成兩個關鍵技術點，而電池全生命周期追溯技術的實現重要依托其BMS的技術成熟度。

 

（1）離散整合技術：不同動力鋰電池的PACK技術不同，因此，如何更為高效地進行自動化拆解成為有效梯次利用的關鍵技術點，而根據不同電池模組的性能、壽命等數據進行系統集成，也是梯次利用的關鍵技術點。

 

（2）全生命周期追溯技術：通過BMS系統供應的精確SOC、SOH以及SOP等指標估算，可以及時退役用量達到80％容量的動力鋰電池，同時該技術也是離散整合技術實現的基礎。

 

以電池編碼為信息載體，構建"新能源汽車國家監測和動力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺"，實現動力蓄電池來源可查、去向可追、節點可控、責任可究，對動力蓄電池回收利用全過程實行信息化管控。

 

全生命周期管理

 

針對動力蓄電池設計、生產、銷售、使用、維修、報廢、回收、利用等產業鏈上下游各環節，明確相關公司履行動力蓄電池回收利用相應責任，保障動力蓄電池的有效利用和環保處置，構建閉環管理體系。

 

7．三元電池適宜資源化回收

 

相較于磷酸鐵鋰，三元材料電池壽命較短，三元材料電池80％循環壽命僅為800－2000次，且安全性存在一定風險，不適宜用于儲能電站、通信基站后備電源等應用環境復雜的梯次利用領域。

 

但三元動力鋰電池由于含有鎳鈷錳等稀有金屬，通過拆解提取其中的鋰、鈷、鎳、錳、銅、鋁、石墨、隔膜等材料，理論上能實現每噸大約4．29萬元的經濟收益，具備經濟可行性。

 

以硫酸鎳的生產為例，通過廢舊動力鋰電池回收處理每噸鎳的成本在4萬元以下，而直接通過鎳礦生產的成本在6萬元以上。通過資源化回收獲得金屬原料的成本低于直接從礦產開發的成本，三元電池的資源化回收具有降低成本的意義。

 

具備三元材料及前驅體生產量力的專業化處理公司盈利能力更強

 

動力鋰電池回收生產出來的硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳等金屬鹽，可繼續加工處理生產出三元前驅體，具有明顯的增值空間。

 

8．磷酸鐵鋰適宜干法，三元適宜濕法

 

資源化回收過程包括預處理和后續處理兩個階段

 

預處理是將廢舊鋰電池放入食鹽水中放電，除去電池的外包裝，去除金屬鋼殼得到里面的電芯。電芯由負極、正極、隔膜和電解液組成。負極附著在銅箔表面，正極附著在鋁箔表面，隔膜為有機聚合物；電解液附著在正、負極的表面，為LiPF6的有機碳酸酯溶液。

 

后續處理環節是對拆解后的各類廢料中的高價值組分進行回收，開展電池材料再造或修復，技術方法可分為三大類：干法回收技術、濕法回收技術和生物回收技術。

 

干法回收技術是指不通過溶液等媒介，直接實現各類電池材料或有價金屬的回收技術方法，重要包括機械分選法和高溫分熱解法。

 

干法熱修復技術可對干法回收得到的粗產品進行高溫熱修復，但產出的正、負極材料含有一定雜質，性能無法滿足新能源汽車動力鋰電池的要求，多用于儲能或小動力鋰電池等場景，適合磷酸鐵鋰電池。

 

火法冶金，又稱焚燒法或干法冶金，是通過高溫焚燒去除電極材料中的有機粘結劑，同時使其中的金屬及其化合物發生氧化還原反應，以冷凝的形式回收低沸點的金屬及其化合物，對爐渣中的金屬采用篩分、熱解、磁選或化學方法等進行回收。火法冶金對原料的組分要求不高，適合大規模處理較復雜的電池，但燃燒必定會出現部分廢氣污染環境，且高溫處理對設備的要求也較高，同時還要新增凈化回收設備等，處理成本較高。

 

濕法回收技術是以各種酸堿性溶液為轉移媒介，將金屬離子從電極材料中轉移到浸出液中，再通過離子交換、沉淀、吸附等手段，將金屬離子以鹽、氧化物等形式從溶液中提取出來，重要包括濕法冶金、化學萃取以及離子交換等三種方法。

 

濕法回收技術工藝相比較較復雜，但該技術對鋰、鈷、鎳等有價金屬的回收率較高；得到的金屬鹽、氧化物等產品，高純度能夠達到生產動力鋰電池材料的品質要求，適合三元電池，也是國內外技術領先回收公司所采用的重要回收方法。

 

生物回收技術重要是利用微生物浸出，將體系的有用組分轉化為可溶化合物并選擇性地溶解出來，實現目標組分和雜質組分分離，最終回收鋰、鈷、鎳等有價金屬。目前生物回收技術尚未成熟，如高效菌種的培養、培養周期過長、浸出條件的控制等關鍵問題仍有待解決。

 

當前回收效率更高也相對成熟的濕法回收工藝正日漸成為專業化處理階段的主流技術路線；格林美、邦普集團等國內領先公司，以及AEA、IME等國際龍頭公司，大多采用了濕法技術路線作為鋰、鈷、鎳等有價金屬資源回收的重要技術。

 

濕法技術進行有價金屬回收后再造得到的正極材料，其比容量這一關鍵性能指標均優于干法技術修復后得到的正極材料。

 

運營模式

 

9．國外運營模式

 

美國：生產者責任延伸＋消費者押金制度

 

針對廢舊電池立法涉及聯邦，州及地方3個層面，分別頒布《資源保護和再生法》、《含汞電池和充電電池管理法》等，針對廢舊電池的生產、收集、運輸和貯存等過程提出技術規范。

 

借鑒相關相關經驗：借鑒美國有關電池回收的成功，良好的回收和運作一定離不開法律的規范，有關我國來講，制定電池回收相關方法和嚴厲的監管，才是促進動力鋰電池回收的當務之急。

 

德國：電池生產者承擔重要責任

 

1998年德國成立共同回收系統基金會，電池公司按其電池的市場份額，重量和類型支付管理費用，可以共享基金會的回收網絡。

 

借鑒相關相關經驗：有關我國來說，依靠基金會輔助不太實際，生產者承擔重要責任似乎更加符合我國國情。畢竟電池生產者有關電池的拆解、再利用更加專業。

 

日本：國家立法，并對電池生產公司進行補助

 

借鑒相關相關經驗：從日企的成功相關相關經驗可以看出，新能源汽車的電池回收體系應該在車輛生產時就及時制定，若考慮不到動力鋰電池的解決途徑，新能源汽車不僅無法做到節能環保，反而會成為車企和影響人們生活的能源負擔。

 

10．豐田回收模式

 

1）進入維修體系：對電池進行充放電試驗和相關信息的讀取，如電池整體狀況良好，只是個別單體到達使用壽命，則對這些單體更換后重新組裝電池包，可以作為置換電池重新應用于普銳斯汽車上。

 

2）梯次利用：通過檢測，假如回收電池還剩余規定容量，則可以進行梯次利用，應用于分布式儲能電池系統，用來平抑、穩定風能、太陽能等間歇式可再生能量發電的輸出功率；或者應用于微電網，實行削峰填谷，減輕用電負荷供需矛盾。

 

2015年，豐田將凱美瑞混合動力車的廢舊電池用于黃石國家公園設施儲能供電，重新設計了儲能電池管理系統，208個凱美瑞電池可存儲85KWh電能，將電池的使用壽命延長了兩倍。

 

3）拆解：有關完全喪失再利用價值的電池，則對電池進行拆解和化學處理，完全回收鎳、鈷等金屬，用于生產新的電池，實現循環利用。

 

2011年，豐田在日本和住友金屬合作，實現鎳的多次利用，能夠回收電池組中50％的鎳。豐田化學工程和住友金屬礦山為此配置了每年可回收相當于1萬輛混合動力車電池用量的專用生產線。

 

2012年，本田和日本重化學工業公司合作配置了類似的生產線，這條生產線可以回收超過80％的稀土金屬，用于制造新鎳氫電池。

 

11．回收主體：生產者責任延伸制度

 

汽車動力鋰電池的回收主體分為汽車生產公司、電池生產公司和第三方回收利用資源再生公司，汽車生產公司作為動力蓄電池回收的主體，三種動力鋰電池回收主體將長期并存。

 

12．商業模式：回收網絡＋專業化處理

 

通過積極和國內動力鋰電池廠商和整車廠商建立深度合作關系，專業第三方回收公司正逐步建立起較為完善的回收網絡，如豪鵬科技和北汽新能源共建回收網絡，超威集團成立子公司長興億威專注于回收網絡的構建。

 

鋰電池回收領域的"回收網絡＋專業化處理"的框架性商業模式已初具雛形，并在動力鋰電池生產者及專業第三方回收公司等多方的推動下不斷優化。

 

13．梯次利用經濟性要探討

 

目前動力鋰電池的梯次利用所面對的最大問題就在于成本。根據我國電池聯盟的數據，以一個3MW＊3h的儲能系統為例，在考慮投資成本、運營費用、充電成本、財務費用等因素之后，如采用梯次利用的動力鋰電池作為儲能系統電池，則系統的全生命周期成本在1．29元／kWh。而采用新生產的鋰電池作為儲能系統的電池，則系統的全生命周期成本在0．71元／kWh，鉛炭電池、抽水蓄能的綜合度電成本已接近0．4元／kWh。

 

根據《我國能源報》2017年九月十八日的披露，煦達動力鋰電池梯級利用溧陽項目儲能系統容量1．1MWh，單位系統成本約為1元／Wh；根據項目報道采樣的兩個日期樣本九月五日和九月六日數據顯示，當日售電收入分別為629．103元和622．588元。基于以上項目信息我們作出如下假設：

 

1）項目回收期第1年的每日收益取采樣點九月五日和九月六日收益的平均值，也即625．8455元／日；

 

2）根據應用場景，我們合理假設儲能系統每年可有效運行320天，回收期第1年存售電收益約20．027萬元；

 

3）根據磷酸鐵鋰循環相關相關經驗曲線，假設項目運營周期10年，其間退役動力鋰電池總容量衰減20％，年均衰減2％；

 

4）放電深度保持為90％，谷時充電不足的部分由平時充電補足，溧陽市的峰平電價差為0．44元／kWh；

 

5）本次項目采用集裝箱部署，因此暫不考慮場地成本，系統維護費用取年均0．15萬元；

 

6）儲能項目考慮享受稅收優惠，本次測算取所得稅率為10％；靜態測算暫不考慮融資成本（貸款利率）。

 

退役動力鋰電池梯次利用項目投資回報測算具體如表23所示。

 

可以看到，測算中項目稅后累計現金流在第6年成為正值，即靜態6年回收投資成本，假如能運營滿10年，項目全周期的稅后內部收益率為9．86％。

 

投資并購

 

14．我國鐵塔聯手17家公司回收

 

2018年一月四日，我國鐵塔公司在北京和重慶長安、比亞迪、銀隆新能源、沃特瑪、國軒高科、桑頓新能源等17家公司，舉辦了新能源汽車動力蓄電池回收利用戰略合作伙伴協議簽約儀式。

 

鐵塔公司是由我國電信、我國移動、我國聯通共同出資設立的大型通信基礎設施綜合服務公司，重要從事通信鐵塔等基站配套設施和室內分布系統的建設、維護以及運營工作，是目前全球最大的通信基礎設施服務公司。

 

我國鐵塔公司目前已在12個省市建設了3000多個試驗基站，取得了較好效果。

 

15．上汽CATL聯手卡位動力鋰電池回收

 

2018年三月，上汽集團和CATL簽署戰略合作諒解備忘錄，探討共同推進新能源汽車動力鋰電池回收再利用。

 

CATL在拆解回收領域，已經形成了以湖南邦普為主體的業務板塊，無論是技術、商業模式都初具成熟，成為CATL三大核心業務之一。

 

2017年，CATL該板塊業務進營收達24．7億元，業務占比達12．9％。

 

16．投資并購

 

除了邦普循環、贛州豪鵬兩大回收領軍公司相繼被CATL、廈門鎢業控股后。近期，鵬輝能源、兆新股份、天奇股份都擬通過資本市場將湖南鴻躍、鹽城星創、恒創睿能、金泰閣、乾泰技術等第三方電池回收公司收入囊中。

 

作者：史晨星

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