废旧动力电池回收行业报告:现状、技术、市场、政策、商业模式面面观

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日前,废旧动力电池回收行业报告出炉,发展锂电池回收和梯次利用在避免资源浪费和环境污染的同时也将产生可观的经济效益和投资机会。下文我们将从废旧动力电池的现状、市场、技术、政策和商业模式进行详细的深度解读。

废旧动力电池回收

动力锂电池的需求量和报废量不断增长

2015年中国锂电池总产量47.13Gwh,其中,动力电池产量16.9Gwh,占比36.07%;消费锂电池产量23.69Gwh,占比50.26%;储能锂电池产量1.73Gwh,占比3.67%。

权威机构测算,到2020年动力锂电池的需求量将达到125Gwh,报废量将达32.2Gwh,约50万吨;到2023年,报废量将达到101Gwh,约116万吨。规模庞大的动力锂电市场伴生的将是锂电池回收和下游梯次利用的行业机遇,发展锂电池回收和梯次利用在避免资源浪费和环境污染的同时也将产生可观的经济效益和投资机会。

2016年上半年,中国新能源汽车产销分别达到17.7万辆和17万辆,依旧是全球最大的新能源车市场。1-2月受春节和政策因素影响而产销较低,随着政策调整推进,上半年的3-6月新能源车逐步实现恢复性增长,6月冲刺到3.5万台水平。下半年的7-8月新能源车处于3万台左右的位稳定状态,等待进一步的增长动力。

据中汽协会统计,8月新能源汽车生产21303辆,销售18054辆,同比分别增长2.9倍和3.5倍,其中纯电动汽车产销分别完成13121辆和12085辆,同比增长3.8倍和6.1倍,插电式混合动力汽车产销分别完成8182辆和5969辆,同比分别增长2倍和1.6倍。

根据工信部的相关政策规定,纯电动乘用车补助标准在综合考虑规模效应、技术进步等因素后逐年退坡;此外,在16年上半年政府加大查骗补力度之后,考虑对于政策进行调整和修改。

国家将对补贴政策进行多方面的改善,研究建立动态调整机制,调整产品结构,提升补贴产品的先进性水平。

政府查骗补的力度增大,有助于规范行业发展,提升企业自主技术研发和产业升级的动力;也有助于防止行业产能过度扩张,完善新能源车行业发展的政策和制度环境。

新能源汽车行业目前和未来3~5年仍将处于高速发展的阶段,政策转型和产业结构调整都是使得产业发展更加健康完善的必经之路。随着电动汽车技术的不断升级和产业集中度的不断提高,未来行业仍将经历较快发展。

通过综合考虑补贴因素变化、充换电设施数量、油电价差和电动产品性能等方面的因素,权威机构建立如图表的预测:

新能源车辆数量及预测

动力电池的需求量和报废量不仅与新能源车新增产量密切相关,还与不同车型的占比、电池技术路线的转移趋势、不同动力电池的使用寿命及不同电动车型的报废年限等有关。目前行业内的平均标准如下,可以作为预测动力电池需求量和报废量的假设条件:

不同动力电池的平均质量分别为:插电式乘用车275kg、插电式商用车235kg、纯电动乘用车550kg、纯电动商用车1900kg;

根据公路部门统计,轿车、轻型车年平均行驶里程为5万km、中型车为4万km、重型车为3万km;在同样的行驶条件下,纯电动乘用车动力电池的使用寿命约为4-6年;而纯电动商用车日行驶次数多、行驶里程长、充电较为频繁,其动力电池的使用寿命约为2-3年。

目前我国私人乘用车平均报废年限在12-15年,商用车强制报废年限为10年,电动汽车在其寿命周期内至少更换2次动力电池,而且由于不确定性因素(意外事故、人为原因等),动力电池的寿命周期会不断变化。

根据权威机构的测算,按商用车(按3年电池寿命假设)和乘用车(5年)所使用的动力锂电池报废量,将在2020年分别达到27Gwh和4.2Gwh,在2023年分别达到84Gwh和17.5Gwh

根据测算,从废旧动力锂电池中回收钴、镍、锰、锂及铁和铝等金属所创造的市场规模将会在2018年开始爆发,达到52亿元,2020年达到136亿元,2023年将超过300亿元。

这些因为发展新能源汽车产业而产生的电池报废量如果不得到妥善的处置,将会对环境造成较大的污染;此外,废弃的锂离子电池具有显著的资源性,下文权威机构将分析锂离子电池回收的技术可行性和成本经济性。

废弃动力锂电池具有显著的资源性,其中钴和锂潜在价值最高

组成锂离子电池的正极、负极、隔膜、电解质等材料中含有大量的有价金属。不同动力锂电池正极材料中所含的有价金属成分不同,其中潜在价值最高的金属包括钴、锂、镍等。例如,三元电池中锂的平均含量为1.9%、镍12.1%、钴2.3%;此外,铜部分、铝部分等占比也达到了13.3%和12.7%,如果能得到合理回收利用,将成为创造收入和降低成本的一个主要来源。

废旧动力电池回收

钴是一种银灰色有光泽的金属,有延展性和铁磁性。因具有很好的耐高温、耐腐蚀、磁性性能,钴被广泛用于航空航天、机械制造、电气电子、化学、陶瓷等工业领域,是制造高温合金、硬质合金、陶瓷颜料、催化剂、电池的重要原料之一。

钴资源多伴生于铜钴矿、镍钴矿、砷钴矿和黄铁矿矿床中,独立钴矿物极少,陆地资源储量较少,海底锰结核是钴重要的远景资源。再生钴的回收也是钴资源的重要来源之一。据USGS数据,2015年全球产出钴矿12.38万金属吨,刚果(金)产出钴矿6.3万吨,占比超过50%,中国仅产出钴金属7700吨,占比6.2%。

钴矿扩产项目包括:2016年刚果(金)的Etoile Leach SX-EW plant、澳大利亚的Nova Nickel、美国的ldaho Cobalt和North Met,phase1等,合计新增产能7235吨;2017年新增项目较少,仅加拿大NICO和赞比亚Cobaltconverterslag等,合计新增产能2215吨;2018年澳大利亚Gladstone Nickel和刚果(金)Project Minier的新矿山投产,合计新增产能9600吨。

钴矿减产项目包括:嘉能可的Katanga和Mopani项目、巴西的Votorantim Metais矿山,预计减产金属量5200吨。未来随着铜镍价的继续低迷,不排除其它大型矿企也会加入减产的阵营。

由于2016年上半年动力锂电池市场的快速发展所带动的对于钴的需求提振以及各大矿山减产的预期,钴价在2016年年中出现了拐点,预计未来两年内仍将维持供给紧平衡的态势。从全球市场来看,钴的需求42%集中在锂电池领域,其次是高温合金(16%)和硬质合金(10%);从中国市场来看,电池材料占比高达69%。随着新能源车下游需求逐步明确,国内动力电池厂商2016年-2017年纷纷扩大产能,对于钴的需求将进一步提升。因此从废旧电池中回收再利用钴也越来越具有经济性。

锂元素作为广泛用于动力锂电池中的元素,其用途非常广泛,且目前市场上碳酸锂的价格不断走高,需求端尤其是新能源汽车驱动的需求扩大以及供给端产能释放的难度共同作用于碳酸锂的价格,促使越来越多的企业开始关注锂电池回收的经济效益。

锂资源在自然界中广泛分布,然而锂资源的提取工艺行业壁垒较高,因此供需格局较为稳定,近年来的供应端变动主要有:银河资源复产(Mt Cattlin矿山);SQM成立合营公司开发4万吨的阿根廷盐湖Cauchari-Olaroz项目;ALB与智利本土企业加强合作,2020年有望在智利形成3座锂盐厂、合计7万吨LCE生产规模。

2015年,锂电池占全部锂需求的50%以上;根据SQM的预测,2016年到2025年锂需求的复合增速将达到8%-12%,其中动力锂电的锂需求复合增速将达到18%-24%,根据该预测,2025年全球锂需求将达到49万吨(折LCE)。

TeslaModel3的揭幕同时带来了对于高端氢氧化锂需求的增加。Tesla设置的目标是在2020年达成整车制造50万辆/年、超级电池厂35Gwh/年的既定产能建设目标,假设能够达成目标的80%、碳酸锂单耗为0.6吨/kwh,则对应锂需求1.68万吨(折LCE)。该现象级事件同时也会对整个产业的发展起到推动作用。

从三元材料销量来看,全球市场三元材料销量呈现快速增长态势,由2009年的1.2万吨快速增长至2015年的超过9万吨,年均复合增速达到40%。根据对未来三元材料企业发展趋势的分析,未来国内三元材料龙头企业产能占比仍维持在较高水平,预计未来前十大企业的产能占比将维持在80%以上。

从三元材料的产能来看,预计2016年动力三元材料产能将超过7.1万吨/年,2016~2018年的年复合增长率将达到56%。

碳酸锂作为盐湖和锂矿提取的直接产品,是其他锂产品的基础原料,氢氧化锂目前则主要用于NCA三元材料和高镍NCM三元材料的生产,需求都随着三元材料需求的增长而增长。

由于氢氧化锂稳定性高,反应过程中不产生一氧化碳干扰物,有助于增大材料的振实密度,相比于碳酸锂更适合作为三元正极材料合成的基础锂盐。

氢氧化锂为富锂锰基正极材料的合成必须基础原料。富锂锰基正极材料xLi2MnO3?(1-x)LiMO2具有高比容量(200~300mAh/g),能很好地满足锂电池在小型电子产品和电动汽车等领域的使用要求,是最具潜力的下一代动力锂离子电池正极材料。

我国碳酸锂主要从锂辉石中提取,采用硫酸法、石灰石焙烧法等,成本较高约为2.2-3.2万元每吨。少数碳酸锂来自盐湖卤水提取,针对我国盐湖镁锂比较高,卤水品位差的现状,采用煅烧法和溶剂萃取法,成本较从矿石中提取低,但依然高于国外盐湖提锂成本,且受制于恶劣生产条件产量十分有限。

国外比如Albermarle公司和SQM在美国银峰盐湖和智利阿塔卡玛盐湖,主要采用蒸发沉淀法提取碳酸锂。这种方法成本最低,在1.2-1.9万元每吨,是目前碳酸锂生产的主流方法。

金属进行回收再利用的节能率在70%~90%之间,如果使用电池回收原材料生产电池,在节能减排方面具有绝对优势。考虑锂离子电池回收的经济性问题,需要站在电池的全生命周期考虑。电池原材料以有色金属为主,我国有色金属工业的能源消耗水平与国际先进水平存在明显的差距,能源消耗主要集中在矿山、冶炼和加工三大领域。但有色金属回收过程的能源消耗远小于原生金属。

废弃动力电池威胁环境和人类健康,影响社会可持续发展

废旧动力电池对环境和人类健康的潜在威胁。现有的废旧电池处理方式主要有固化深埋、存放于废矿井和资源化回收,但目前我国电池资源化回收的能力有限,大部分废旧电池没有得到有效的处置,将会给自然环境和人类健康带来潜在的威胁。

虽然动力电池中不包含汞、镉、铅等毒害性较大的重金属元素,但也会带来环境污染。例如其电极材料一旦进入到环境中,电池正极的金属离子、负极的碳粉尘、电解质中的强碱和重金属离子,可能造成重环境污染等,包括提升土壤的PH值,处理不当则可能产生有毒气体。

此外,动力电池中含有的金属和电解液会危害人体健康,例如钴元素可能会引起人们肠道紊乱、耳聋、心肌缺血等症状。

动力电池回收问题影响到了社会经济的可持续发展。电动汽车有应对环境污染和能源短缺的优势,如果动力电池在其报废之后不能得到有效回收,会造成环境污染和资源浪费,有违发展电动汽车的初衷。对企业来说,动力电池的回收蕴藏着巨大的商机,经过回收处理,可以为电池生产商节约原材料成本。此外,动力电池回收还关系到政府建设低碳经济和环境友好型社会。

动力锂电池回收渠道及商业模式分析

目前以小作坊回收渠道为主,随规模扩大必将走向规范化

动力电池的生命周期包括生产、使用、报废、分解以及再利用。动力电池在其报废后除了化学活性下降之外,电池内部的化学成分并没有发生改变,只是其充放电性能不能满足车辆的动力需求,但是可以运用到比汽车电能要求更低的地方。动力电池的梯次利用因此也成为目前业内探讨较多的回收利用方式之一,即将用于汽车的电池在淘汰后利用在储能或者相关的供电基站以及路灯、低速电动车身上,最后再进入回收体系,但这种商业模式还面临着是否能够盈利的考量,涉及到渠道和技术的问题。

如上所述,动力锂电池的回收利用可以分为两个循环过程:(1)梯次利用:主要针对电池容量降低使得电池无法使电动车正常运行,但是电池本身没有报废,仍可以在别的途径继续使用,例如用于电力储能;(2)拆解回收:主要针对电池容量损耗严重,使得电池无法继续使用,只有将电池进行资源化处理,回收有利用价值的再生资源。

动力锂电池的回收渠道目前主要以回收小作坊为主,专业回收公司和政府回收中心较少,体系有待重整。目前我国动力电池回收市场的废旧动力电池大多流入了缺乏资质的翻新小作坊,这些公司工艺设备落后,但如果交由依法注册纳税的正规企业,取得资质并按照国家标准排放,势必会造成价格上竞争力的缺失,因此如何更进一步地完善政策来保障电池回收产业的可持续发展是非常必要的。

回收小作坊:回收成本低廉,可以抬高回收价格,高价回收是他们最大的竞争优势。但是这些小作坊在经过回收后,仅对废旧动力电池进行简单修复并重新包装后就流回市场,扰乱了动力电池市场的正常秩序。此外,由于这些小作坊不具备相关资质,容易产生安全隐患及环保问题。

专业回收公司:专业回收公司是国家批准专门回收处理废旧动力电池的专业企业,综合实力雄厚、技术设备先进、工艺规范,既能最大化回收可用资源,又能够降低对环境的影响。目前,我国专门动力电池的回收公司包括深圳格林美、邦浦循环科技、超威集团和芳源环保等。目前来看虽然进行锂电池回收方面布局的企业越来越多,但缺乏政府系统的支持和政策激励。

政府回收中心:地方各政府依照国家相关法律,设置的国家回收中心,有利于科学规范地管理电池回收市场、完善回收网络、合理布局回收网络和回收市场,提高正规渠道的回收量。目前我国还没有动力电池的政府回收中心,但未来可以根据我国现实情况,有选择进行发展。

发达国家电池回收产业以市场调节为主、政府约束为辅

德国:政府立法回收,生产者承担主要责任,设立基金完善回收体系市场化建设。

欧盟废弃物框架指令(2008/98/EC)和电池回收指令(2006/66/EC)是德国电池回收法规的立法依据。回收法规要求电池产业链上的生产商、销售商、回收商和消费者均负有对应的回收责任和义务,比如电池生产商必须在政府登记,承担主要回收责任,销售商要配合电池生产商的电池回收工作,而终端消费者需要将废旧电池交回指定的回收网络。

此外,德国利用基金和押金机制建立了废旧电池回收体系,实现了良好的效果,该回收体系由电池制造商和电子电器制造商协会联合成立的GRS基金负责运转,是欧洲最大的锂离子电池回收组织,该组织从2010年开始回收工业用电池,未来也会将电动汽车动力电池纳入该体系回收,积极的开展动力电池的回收利用工作

2015年,博世集团、宝马和瓦滕福公司就动力电池再利用展开合作项目,该项目利用宝马ActiveE和i3纯电动汽车退役的电池建造2MW/2MWh的大型光伏电站储能系统。该储能系统由瓦滕福公司负责运行和维护,项目将建在德国柏林,预期将于2015年年末投入使用。

日本:生产方式逐步转变为“循环再利用”模式,企业作为先锋参与到电池回收中。

1994年,日本的电池生产商开始实施回收电池计划,在每位参与者都自愿努力的基础上,利用零售商、汽车经销商或者加油站的服务网络向消费者回收废旧电池,回收路线与销售路线相反。

2000年起,政府规定生产商应对镍氢和锂电池的回收负责,并基于资源回收面向产品的设计;电池回收后运回电池生产企业处理,政府给予生产企业相应的补助,提高企业回收的积极性。

此外,日本很多企业也参与到电池回收活动中。日产公司与住友商事合作成立了4REnergy公司,致力于电动汽车锂电池的回收利用;本田公司正在研究提取电池内可回收贵金属的技术,同时与其他金属厂商合作以推进资源的循环利用;三洋公司研究制定了回收电池的路线,积极开展了可充电电池的回收再利用工作。

日本主要的通信公司还联合成立了锂电池自主回收促进会,声明其有责任推动锂电池的回收利用工作,争取大幅提高锂电池的回收率。

美国:市场调节为主,政府通过制定环境保护标准对其进行约束管理,辅助执行废旧动力电池的回收。

美国市场上相继成立了美国可充电电池回收公司(RBRC)和美国便携式可充电电池协会(PRBA),不断向公众进行宣传教育,提高公众的环保意识,引导公众配合废旧电池的回收,从而保护自然环境。

RBRC是一个非盈利性的公共服务组织,主要是促进镍铬电池、镍氢电池、锂离子电池以及小型密封铅电池等可充电电池的循环利用,PRBA是由相关电池企业组成的非盈利电池协会,其主要目标是制定回收计划和措施,促进工业用电池的循环利用。

RBRC提供三个方案来收集、运送及重新利用废旧可充电池。包括(1)零售回收方案;(2)社区回收方案;(3)公司企业和公共部门回收方案。

便携式可充电电池协会(PBRC)主要涉及了三个方面内容:(1)美国DOT关于锂离子电池、锂金属电池的相关规定以及运输途中的相关规定;(2)CPSC对于笔记本电池、手机电池的召回;(3)电池主要法律法规。

在学术界,加州大学戴维斯分校的混合电动汽车研究中心在2010年也开展了动力锂电池的二次利用和价值分析等方面的研究,研究内容包括4~5个电池二次利用领域对电池性能的具体要求、用于家庭储能系统(HESA)的产品研发,以及评价电池整体价值(电动汽车和二次利用领域的价值之和)的方法体系。

我国明确采用生产者责任延伸制度,随政策不断完善,产业正逐步走向规范化

目前我国现状:动力电池回收处理技术发展较为成熟,但管理相对落后,阻碍了动力电池回收产业的发展,主要表现在:

(1)回收网络不健全。回收网络主要由中小回收公司组成,难以得到有效回收;

(2)回收企业规模较小,工艺水平不健全,较难保证资源回收效率;

(3)存在没有经营许可的企业非法从事废旧动力电池回收,带来安全和环保隐患。

随着新能源汽车产销量持续增长,电动车动力电池的回收利用问题也会越来越突出,国家和地方政府相继出台政策,加快建设良性产业生态系统的进程。

2012年7月,《节能与新能源汽车产业发展规划》明确提出要“制定动力电池回收利用管理办法,建立动力电池梯级利用和回收管理体系,引导动力电池生产企业加强对废旧电池的回收利用,鼓励发展专业化的电池回收利用企业”。

2014年7月,《国务院办公厅关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》提出要研究制定动力电池回收利用政策,探索利用基金、押金、强制回收等方式促进废旧动力电池回收,建立健全废旧动力电池循环利用体系。

2015年3月,《汽车动力蓄电池行业规范条件》规定,系统企业应会同汽车整车企业研究制定可操作的废旧动力蓄电池回收处理、再利用的方案。

2016年1月工信部、发改委、环保部、商务部、质检总局5部委联合下发《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策(2015年版)》明确建立动力电池编码制度,建立可追溯体系。明确采用生产者责任延伸制度,电动汽车生产企业承担电动汽车废旧动力蓄电池回收利用的主要责任,动力蓄电池生产企业承担电动汽车生产企业售后服务体系之外的废旧动力蓄电池回收利用的主要责任,梯级利用电池生产企业承担梯级利用电池回收利用的主要责任,报废汽车回收拆解企业应负责回收报废汽车上的动力蓄电池。在激励措施上,国家将在现有资金渠道内对梯级利用企业和再生利用企业的技术研发、设备进口等方面给予支持。在技术研发方面,国家支持动力蓄电池相关回收利用技术和装备的研发。

2016年2月,工信部出台《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》,明确废旧电池回收责任主体,加强行业管理与回收监管。

2016年2月,《废电池污染防治技术政策》征求意见稿对外发布。新政策中与锂电池有关的亮点主要有:1)废电池涵盖的范围纳入了新兴的锂电池、太阳能电池和燃料电池,并且对电池的资源再生工厂的态度从审慎保守变为倡导和促进;2)明确了锂离子电池再生处理企业必需具备危险废物经营许可证后方可运行,相关环保企业将在资质上更加具有优势;3)鼓励研发锂原电池、动力电池、储能电池等逆向拆解成套设备,锂离子电池的隔膜、金属产品和电极材料再生处理装备等新技术。

除国家政策层面鼓励支持外,我国不少地方政府也在积极探索动力锂电池的回收再利用的具体实施方式:

上海:2014年上海市发布《上海市鼓励购买和使用新能源汽车暂行办法》,要求车企回收动力电池,政府给予1000元/套的奖励。车企回收动力电池政府将补助1000元/套;

广州:2014年11月《广州市人民政府办公厅关于印发广州市新能源汽车推广应用管理暂行办法的通知》,提出在本市建立车用动力电池回收渠道,按照相关要求对动力电池进行回收处理。

北京:2016年1月27日,以“合作创新、共谋发展”为主题的《汽车有形市场未来发展趋势论坛》在北京召开。北京市科委双新处处长许心超在论坛上表示:对于中央提出的关于新能源汽车不限行、不限购、不缴税的“3不政策”,北京市均已落实;与此同时,北京动力电池回收问题可通过“3个环节”有效解决。(1)车企是动力电池回收的第一责任主体。(2)退役的动力电池还可以梯次利用。(3)技术的革新使得废旧电池回收处理后利用率能达到99%,且对环境无害。

深圳:2015年深圳发布《深圳市人民政府关于印发深圳市新能源汽车推广应用若干政策措施的通知》,内容显示要求制定动力电池回收利用政策,由整车制造企业负责新能源汽车动力电池强制回收,并由整车制造企业按照每千瓦时20元专项计提动力电池回收处理资金,地方财政按照经审计的计提资金额给予不超过50%比例的补贴,建立健全废旧动力电池循环利用体系。

2016年9月,深圳市发改委联合市财委发布《深圳市2016年新能源汽车推广应用财政支持政策》的通知。在动力电池回收方面,“新规”要求新能源汽车生产企业应负责回收利用,对按要求计提了动力电池回收处理资金的,按经审计确定的金额50%对企业给予补贴,补贴资金应专项用于动力电池回收。

商业模式比较:构建经济激励下的生产者回收体系

从欧美发达国家的电池回收经验可以看出,在建立废旧电池的回收体系时,动力电池生产商承担电池回收的主要责任。当动力电池配套电动车一起销售给运营商、集团客户或者个人客户等消费者,消费者拥有动力电池的所有权,也有义务交回报废的动力电池。该模式下的回收网络由动力电池生产商利用电动汽车生产商的销售服务网络改建,而且电动汽车生产商有责任配合对其产品中所使用的动力电池进行回收。

生产商在产品全生命周期中最具控制力,占有多种资源,负责产品的设计架构。可以说生产商掌握着产品的全部信息,决定了产品对环境的影响程度。

回收流程为动力电池生产商利用电动汽车生产商的销售网络,以逆向物流的方式回收废旧电池。消费者将报废的电池交回附近的电动汽车销售服务网点,依据电池生产商和电动汽车生产商的合作协议,电动汽车生产商以协议价格转运给电池生产企业,由其进行专业化的回收处理,电池生产商可以继续利用回收的金属材料。

另外,报废汽车拆解企业在回收废弃电动汽车时,也需要将拆解的废旧动力电池直接销售给动力电池生产商。

在回收形式上,实施“以旧换新”的制度促使更多的消费者交回废旧电池,保证动力电池的回收量。在消费者更换新电池时,旧电池可以抵扣新电池的部分价格。报废汽车拆解企业在回收带有动力电池的电动汽车时,应给予消费者一定的现金补偿,之后将废旧动力电池销售给动力电池生产商。

行业联盟回收动力电池模式是指由行业内的动力电池生产商、电动汽车生产商或电池租赁公司组成,并共同出资设立专门的回收组织,负责动力电池的回收。这种方式可以避免由于电池生产商单个企业实力有限导致的回收电池数量不够、资金有限和回收渠道少的问题。

该模式的主要特点是在行业内成立统一回收组织,影响力强、覆盖广泛,独立运营;且回收网络庞大,易于消费者交回电池。回收利用所得的收益用于回收网络的建设和运营。

第三方回收模式:需要独自构建回收网络和相关物流体系,负责回收委托企业售后市场生产的废旧动力电池,之后运回回收处理中心,进行专业化的回收处理。在电动汽车最终报废进入汽车拆解企业后,汽车拆解企业可以将废旧动力电池销售给第三方企业。

回收模式的建立,需要投入大量的资金进行回收设备、回收网络及人力资源的建设;成本也是其中的重要影响因素之一。在生产者责任延伸制的体系下,不同动力电池回收模式适用于不同类型的企业。

对于大型动力电池生产商,其产品种类繁多、产销量较大,有较强的技术、经济实力自己回收电池;对于中小型企业,产品种类、产销量都较少,自己回收需要大量的投资,会影响企业核心业务的发展,所以可以选择和其他组织合作回收。

比较而言,行业联盟回收成本经济性最佳,但因为需要行业中各企业协同合作,目前在法律法规还没有很完善的情况下,可操作性较小。综合成本方面,动力电池生产商直接回收的模式成本较低,而第三方回收模式成本较高。

废旧锂离子电池的资源化技术:湿法回收技术为主

锂离子电池回收技术概况

废旧锂离子电池的资源化技术,是将废旧锂离子电池中有价值的成分,依据其各自的物理、化学性质,将其分离。一般而言,整个回收工艺分为4个部分:(1)预处理部分;(2)电极材料修复;(3)有价金属的浸出;(4)化学纯化。

在回收过程中,按照不同的提取工艺分类,可将锂离子电池的回收技术分为3大类:(1)干法回收技术;(2)湿法回收技术;(3)生物回收技术。

干法回收主要包括机械分选法和高温热解法(或称高温冶金法)。干法回收工艺流程较短,回收的针对性不强,是实现金属分离回收的初步阶段。主要是指不通过溶液等媒介,直接实现材料或有价金属的回收方法,主要是通过物理分选法和高温热解法,对电池破碎进行粗筛分类,或高温分解除去有机物以便于进一步的元素回收。

湿法回收技术工艺比较复杂,但各有价金属的回收率较高,是目前主要处理废旧镍氢电池和锂离子电池的技术。湿法回收技术是以各种酸碱性溶液为转移媒介,将金属离子从电极材料中转移到浸出液中,再通过离子交换、沉淀、吸附等手段,将金属离子以盐、氧化物等形式从溶液中提取出来。

生物回收技术具有成本低、污染小、可重复利用的特点,是未来锂离子电池回收技术发展的理想方向。生物回收技术主要是利用微生物浸出,将体系的有用组分转化为可溶化合物并选择性地溶解出来,得到含有效金属的溶液,实现目标组分与杂质组分分离,最终回收锂等有价金属。目前,关于生物回收技术的研究刚刚起步,之后将逐步解决高效菌种的培养、周期长的问题以及对于浸出条件的控制问题。

从回收工艺的次序来看,第一步:预处理过程,其目的是初步分离回收旧锂离子电池中的有价部分,高效选择性地富集电极材料等高附加值部分,以便于后续回收过程顺利进行。预处理过程一般结合了破碎、研磨、筛选和物理分离法。主要的几种预处理方法包括:(1)预放电;(2)机械分离;(3)热处理;(4)碱液溶解;(5)溶剂溶解;(6)手工拆解等。

第二步:材料分离。预处理阶段富集得到了正极和负极的混合电极材料,为了从中分离回收Co、Li等有价金属,需要对混合电极材料进行选择性提取。材料分离的过程也可以按照干法回收、湿法回收和生物回收的分类技术分为:(1)无机酸浸出;(2)生物浸出;(3)机械化学浸出。

第三步:化学纯化。其目的在于对浸出过程得到的溶液中的各种高附加值金属进行分离和提纯并回收。浸出液中含有Ni、Co、Mn、Fe、Li、Al和Cu等多种元素,其中Ni、Co、Mn、Li为主要回收的金属元素。通过调节pH将Al和Fe选择性沉淀出后,再对浸出液中的Ni、Co、Mn和Li等元素进行下一步的处理回收。常用的回收方法有化学沉淀法、盐析法、离子交换法、萃取法和电沉积法。

国内外企业动力电池回收的技术路线和趋势:湿法工艺和高温热解为主流

比较国外主流电池回收公司的废旧动力电池回收工艺可以发现,目前主流锂电池回收工艺以湿法工艺和高温热解为主,且很大一部分已经投入了工业生产阶段。

锂电回收经济性强,电池厂商自行拆解或第三方拆解模式是目前主流

从2015年以来,随着新能源汽车行业的爆发,以及电池材料的趋势性变化(向着高镍三元材料的方向发展),钴、镍及碳酸锂/氢氧化锂的价格将受到一定幅度的提振。这使得回收废旧锂离子电池的经济性得到进一步重视。

我国私家车年平均行驶里程约为1.6万公里,保守估计私家车的使用条件下,纯电动/插电式汽车的动力电池组使用寿命为4~6年左右;而对于公交车、出租车等车型,由于其日均行驶里程长,充电较为频繁,其动力电池组的寿命为2~3年。

不同类型动力电池金属含量各不相同,根据权威机构对各类电动汽车占比以及单车锂电容量的预测,对于我国未来动力锂离子电池的报废量进行了预测。预计到2018年,我国新增报废的动力电池将达到11.8Gwh,对应可回收利用的金属为:镍1.8万吨、钴0.3万吨、锰1.12万吨、锂0.34万吨;预计到2023年,新增报废的动力电池将达到101Gwh,对应可回收利用的金属为:镍11.9万吨、钴2.3万吨、锰7.1万吨、锂2万吨。

权威机构预计,除金属钴外,其他几种金属价格在未来几年都将有不同程度的下降,据此推算,到2018年,可回收的有价金属的市场规模将达到镍14亿元、钴8.7亿元、锂26亿元;到2023年,可回收的有价金属的市场价值可以达到镍84亿元、钴73亿元、锰8.5亿元、锂146亿元。

通过建立经济性评估模型针对动力电池回收过程中投入成本和回收材料产出的收益,可以以以下数学模型进行表示:

Bpro表示废旧动力电池回收的利润;Ctotal表示废旧动力电池回收的总收益;Cdepreciation表示废旧动力电池设备的折旧成本;Cuse表示废旧动力电池回收过程的使用成本;Ctax表示废旧动力电池回收企业的税收。

废旧动力电池回收和再资源化过程的使用成本主要包括以下几项(1)原材料成本;(2)辅助材料成本;(3)燃料动力成本;(4)设备维护成本;(5)环境处理成本;(6)人工成本。

从毛利率、可行性和可持续性三方面看,权威机构认为:电池厂商直接回收利用形成闭环的模式以及第三方专业拆解机构向电池厂商购买废旧电池的模式是目前主流的动力锂电回收模式,且在锂电综合回收的情况下具有较好的经济性。

假设:(1)目前的金属价格(钴21.5万元/吨、镍7.77万元/吨、锰1.1万元/吨、锂70万元/吨、铝1.26万元/吨、铁0.2万元/吨)且不考虑其他回收产生的收益;(2)考虑各类动力电池的使用占比(磷酸铁锂70%、锰酸锂7%、三元23%)综合回收锂离子电池;(3)除原材料之外其他成本相同

结论及分析:第三方专业机构从小作坊收购废旧锂电池并进行拆解加工的毛利率最高,达到60%;其次是行业联盟回收加工的形式,毛利率达到45%。但这两种方式中,前者(第三方:购于小作坊)存在安全和环保性问题,且目前小作坊尚未认识到锂电回收产业的巨大价值,收购价格较低,因此这种方式不具有可持续性;后者(行业联盟)目前由于相关管理条例和法律环境不完善,可行性仍然较低,但未来将是趋势之一。;其他三种方式可行性和可持续性都较好,但其中电池生产商直接回收利用和第三方专业拆解机构向生产商购买废旧电池的模式毛利率较高,因此权威机构认为这两种方式将构成目前主流的回收模式。

三元电池材料的回收价值较其他动力电池更高,如单独考虑回收三元动力电池的情况,则电池厂商回收利用模式和向电池厂商购买废旧电池的第三方拆解模式皆具备优质的投资价值(2016年测算到毛利率分别达到55%和48%

权威机构认为,动力锂电回收产业将在未来5年内逐步实现规范化、规模化,行业联盟的回收模式有望在产业发展中后期形成,由于其规模效应,将拥有较高的毛利率。此外,原有的生产者回收利用模式和向生产者购买废旧电池的第三方拆解模式仍具备较强经济性。

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