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动力电池回收行业蓄势待发
1.空间广阔、电池回收行业景气将至


循环利用前景广阔、电池回收未来可期

退役动力电池的循环利用主要手段为梯次利用以及报废回收。不同材料的动力电池在使用寿命上存在一定差异,如磷酸铁锂电池的循环寿命较长,在同样的循环次数下,其相对容量将显著高于三元电池。因此,对于不同材质的动力电池目前有两种回收处理方式,第一种为报废拆解,即对使用寿命短的电池,直接对电池进行拆解处理,提取内部可回收金属;第二种为梯次利用回收,即将剩余容量较高的退役电池在低要求的电池领域进行二次使用。

梯次利用回收:技术不断突破,未来空间广阔

电池梯次利用流程较长,需涉及监测、打包重组等多个环节。由于不同应用场景下对梯次利用电池的要求不同,因此在废旧电池的梯次利用过程中必须首先对每个单体电池的性能进行监测。但由于废旧电池多以电池包的形式流向市场,导致每次对单体电池的检测都要先将电池进行拆解。在此情况下,目前退役电池的梯次利用流程涉及的步骤及技术也较为复杂。

梯次利用的退役电池目前主要被应用于储能、电信基站、低速电动车等领域。在储能领域中,目前我国较为成功的项目有比克电池在 2019 年 8 月落地的电池整包梯次利用项目,这一项目将退役的磷酸铁锂电池及三元电池进行混合使用,在国内具有较为领先的示范意义;在基站电源方面, 退役的磷酸铁锂电池在体积以及室外条件的使用效率方面均较普通铅酸电池更具优势,中国铁塔已于 2018 年开始对其旗下基站统一采购梯次利用电池;在低速电动车方面,杭州锣卜科技以及国网浙江电力公司已率先将梯次利用电池应用到了电动三轮车以及电动自行车方面。

梯次利用技术可突破领域较多,未来空间广阔。在电池的梯次利用过程中存在五项关键技术,包括健康状态和残值评估、快速分选、有效均衡、 应用场景分析以及再退役评估。对于目前而言,动力电池的梯次回收技术由于尚存一定技术限制,因此其经济效益并不明显,未来随着上述各项技术相继取得突破,动力电池梯次利用回收的经济性也将逐步凸显。

报废拆解回收:2030 年或达千亿规模

报废拆解回收流程相对简洁,为目前电池回收的主要技术手段。在动力电池的报废回收过程中,其工业流程主要包括预放电、拆解、筛选、剥 片、纯化、在生产等流程,其过程较电池的梯次利用省去了检测、修复、 重组、认证等众多过程。而由于报废回收技术流程较为简单,且梯次利用后的电池仍需通过报废拆解进行处理,因此目前电池回收企业多从事拆解回收。

获政策大力支持,电池回收蓄势待发

废旧动力电池中包含众多重金属物质,对环境影响较为严重。锂离子电池所包含的主要污染物为其正极材料及电解液,其中在正极材料中,三元正极中的钴元素为有毒物质,同时镍、锰等金属元素也会对土壤造成污染;在电解液中,目前常用的电解液六氟磷酸锂在遇水后会产生氯化氢物质,造成环境污染,且有机溶剂中的 DMC 也对环境有害。因此对于退役电池如果不做回收处理则将引发较为严重的环境问题,这一情况也将倒逼国 家或相关企业对电池回收予以重视。

近年来我国频繁出台相关政策,助力动力电池回收利用。自 2012 年以来,我国相继出台多项动力电池回收相关的重要法律法规,其中较为关键的有 2018 年工信部等部门所发布的《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理 暂行办法》,在这一法案中,我国政府对于动力电池回收的生产责任制进行了明确的要求,提出汽车生产企业承担动力蓄电池回收的主体责任。同年,工信部、科技部等七部门联合印发《关于做好新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知》,要求加强与试点地区和企业的经验交流及合作,促进形成跨区域、跨行业的协作机制,动力电池回收项目推广开始。2020 年,工信部发布《2020 年工作节能与综合利用工作要点》,要求深入开展试点工作,加快探索推广技术经济性强、环境友好的回收利用市场化模式,培育一批动力蓄电池回收利用骨干企业。未来行业内各领先企业或 将持续受到政策的助力。

2.工艺成熟、三大工艺齐头并进

退役电池的主流回收方法有物理回收,湿法回收以及热法回收。物理回收是使用精细拆解及材料修复等技术进行回收,可以全自动无污染拆解, 经济性较好。湿法回收主要包括化学沉淀、溶剂萃取以及离子交换等三种方法,其反应速度较慢且工艺较为复杂,但由于此法对设备等要求较低, 且产品纯度较高,因此此法为目前主流的电池回收工艺。热法回收主要包 括机械分选法和高温热解法,是直接实现各类电池材料或者有价金属回收的方法,其工艺较为简单,但存在回收率低、能耗较高及污染等问题。

物理回收经济性较高

物理回收工艺分为自动化拆解和回收再制造两个环节。其中自动化拆解是将废旧锂离子电池通过放电、拆解得到的电池内部成分进行销售或回收处理。而拆解得到的电池芯包经过精细粉碎和分类等一系列手段,得到正极粉和负极粉等有价值的产物。回收再制造是通过将自动化分解中有价 值的产物通过成分调整、材料修复等工艺进行电池再制造。

三元电池的物理回收工艺具有较高收益。根据《动力电池梯次利用场 景与回收技术经济性研究》中的调研结果及测算,在物理回收技术下,废旧三元电池以及磷酸铁锂电池的回收与拆解成本为平均 13264 元/吨以及 8364 元/吨;收益分别为 16728 元/吨以及 7703 元/吨。基于该组数据,物理法的回收收益将达到全部三种工艺技术的最高水平。另一方面,本组数据相对较为久远,随着近年来新能源金属价格价格的普遍上行,目前三元电池的回收收益将进一步提高,而磷酸铁锂电池方面,随着技术的进步以及磷酸铁锂价格的上行,其回收利用的收益空间也将逐步打开。

湿法回收应用范围最广

湿法回收技术主要指采用酸碱溶液对电极材料中的固态金属物质进行提取。在湿法回收流程中,首先将废旧锂离子电池进行分选分类、去壳后 溶于酸碱溶液中,再从溶液中萃取出有价值的金属元素,最后通过离子交 换法和电沉积等手段提取出硫酸钴和碳酸锂等有价值的金属。

湿法回收技术优劣势明显,为我国主要动力电池回收工艺。从湿法回收技术的优势来看,该工艺相对更为成熟,且对于电池中的金属物质回收效率较高;劣势方面,湿法回收流程相对较长,且在回收过程中涉及盐酸 等腐蚀性溶剂的运用,因此在污染治理方面存在较高成本。由于目前我国 电池回收行业尚不甚规范,行业内中小产能较多,因此在行业的污染治理 方面尚未有较为严格的管控措施,湿法回收技术已凭借其工艺简单的优势成为了目前我国动力电池回收的主流技术。

热法回收工艺相对简单

热法回收工艺主要通过高温手段从废旧电池中对金属及其化合物进行提取。通过高温焚烧,废旧动力电池中的有机粘结剂可被转化为气体形式进行去除,而电池中的金属及各类化合物则将在高温环境下发生氧化还原反应,并在随后通过冷凝的方式被逐步分类。最终经高温焚烧后的废电池 渣则将进一步通过磁选等方式进一步提纯。

热法回收的预处理过程主要分为高温及低温两种形式。高温焙烧可将电池中的各类金属氧化物还原为单质金属或合金,便于后续的分离处理。而低温焙烧主要用于对电池中的各类有机物进行处理,通过低温焙烧,电极中的氧化物将发生氧化还原反应而被去除。

热法回收工艺回收工艺简单,适合大规模处理。从热法回收的优势上来看,热法回收的工艺流程较短且操作相对简单,同时适合对大规模的废旧电池进行处理,因此该工艺也受到了市场广泛的研究。但从缺点上看, 热法回收工艺在大规模处理废旧电池时易排放出一定的有害气体,在回收是需要配套相应的尾气回收设备。此外,热法回收技术也在电力消耗方面存在一定要求。

3. 模式清晰、行业联盟或是最优路径


我国废旧动力电池回收模式尚处探索初期,未来或存三种商业模式。以电动汽车消费者为起点,实现重度废旧电池的回收利用的途径主要有三种。第一种模式是动力电池企业通过已有的经销销售以及服务网络渠道进行回收;第二种模式是由行业内的电池生产商及电动汽车生产商或电池租赁公司组成行业联盟,共同负责电池的回收;第三种是交由第三方回收企业进行回收。

动力电池生产企业是电池回收的重要责任方之一,但以其为主体的回收模式存在规模限制。以动力电池生产商为主导的商业模式拥有较为多元 的电池回收渠道,动力电池的生产商可依靠电动汽车经销商所构建的渠道进行电池回收,同时电池生产商也可与汽车拆解企业以及电池租赁公司合作完成电池回收。在这一模式中,由于各电池厂商所产产品的技术规格各有不同,在此模式下行业的运行效率也或将存在一定的阻碍,难以形成规模效应。

第三方回收回收模式为当前的主流回收模式,但其发展存在渠道限制。随着新能源动力电池退役潮的逐步启动,目前已有越来越多的专业电池回收企业注册成立。由于第三方企业专司电池回收业务,其回收的专业性或比电池或者汽车生产企业更强,但由于第三方回收企业在行业初期缺少专业、高效的电池回收渠道,因此该商业模式未来行业竞争或将更加激烈,未来或将有多数第三方回收企业被行业淘汰。

行业联盟回收模式下各企业可实现优势互补。行业联盟是指将动力电池生产企业、新能源汽车生产企业、第三方动力电池回收利用企业等有重要主体联合起来,形成一个统一的回收组织。在这一联盟中,动力电池生产企业可提供电池并为新电池提供销路,汽车厂商可为废旧电池提供回收渠道,第三方回收企业则通过自身技术优势实现动力电池的高效回收。在各方优势的互补互足下,行业联盟电池回收模式或将成为未来动力电池回收行业的主要商业模式。

三种行业模式各有所长,行业联盟或将成为未来主要的商业模式。从三种商业模式的对比情况来看,行业联盟模式在动力电池的回收方面将拥有显著优势,同时在经营风险方面也可通过合作承担的方式来对风险进行分散。尽管在此模式的发展初期可能存在一定的沟通阻碍,但随着相关信息基础建设的逐步完善,未来这一商业模式或将成为最为高效的模式之一。

来源:未来智库


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