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技術創新

動力電池回收亟待解決 百億級市場即將開啟

發布時間:2016-11-06

動力鋰電池的需求量和報廢量不斷增長

  2015年中國鋰電池總產量47.13Gwh,其中,動力電池產量16.9Gwh,占比36.07%;消費鋰電池產量23.69Gwh,占比50.26%;儲能鋰電池產量1.73Gwh,占比3.67%。

  權威機構測算, 到2020年動力鋰電池的需求量將達到125Gwh,報廢量將達32.2Gwh,約50萬噸;到2023年,報廢量將達到101Gwh,約116萬噸。 規模龐大的動力鋰電市場伴生的將是鋰電池回收和下游梯次利用的行業機遇,發展鋰電池回收和梯次利用在避免資源浪費和環境污染的同時也將產生可觀的經濟效益和投資機會。

  2016年上半年,中國新能源汽車產銷分別達到17.7萬輛和17萬輛,依舊是全球最大的新能源車市場。1-2月受春節和政策因素影響而產銷較低,隨著政策調整推進,上半年的3-6月新能源車逐步實現恢復性增長,6月沖刺到3.5萬臺水平。下半年的7-8月新能源車處于3萬臺左右的位穩定狀態,等待進一步的增長動力。

  據中汽協會統計,8月新能源汽車生產21303輛,銷售18054輛,同比分別增長2.9倍和3.5倍,其中純電動汽車產銷分別完成13121輛和12085輛,同比增長3.8倍和6.1倍,插電式混合動力汽車產銷分別完成8182輛和5969輛,同比分別增長2倍和1.6倍。

  根據工信部的相關政策規定,純電動乘用車補助標準在綜合考慮規模效應、技術進步等因素后逐年退坡;此外,在16年上半年政府加大查騙補力度之后,考慮對于政策進行調整和修改。

  國家將對補貼政策進行多方面的改善,研究建立動態調整機制,調整產品結構,提升補貼產品的先進性水平。

  政府查騙補的力度增大,有助于規范行業發展,提升企業自主技術研發和產業升級的動力;也有助于防止行業產能過度擴張,完善新能源車行業發展的政策和制度環境。

  新能源汽車行業目前和未來3~5年仍將處于高速發展的階段,政策轉型和產業結構調整都是使得產業發展更加健康完善的必經之路。隨著電動汽車技術的不斷升級和產業集中度的不斷提高,未來行業仍將經歷較快發展。

  通過綜合考慮補貼因素變化、充換電設施數量、油電價差和電動產品性能等方面的因素,權威機構建立如圖表的預測:

  動力電池的需求量和報廢量不僅與新能源車新增產量密切相關,還與不同車型的占比、電池技術路線的轉移趨勢、不同動力電池的使用壽命及不同電動車型的報廢年限等有關。目前行業內的平均標準如下,可以作為預測動力電池需求量和報廢量的假設條件:

  不同動力電池的平均質量分別為:插電式乘用車275kg、插電式商用車235kg、純電動乘用車550kg、純電動商用車1900kg;

  根據公路部門統計,轎車、輕型車年平均行駛里程為5萬km、中型車為4萬km、重型車為3萬km;在同樣的行駛條件下,純電動乘用車動力電池的使用壽命約為4-6年;而純電動商用車日行駛次數多、行駛里程長、充電較為頻繁,其動力電池的使用壽命約為2-3年。

  目前我國私人乘用車平均報廢年限在12-15年,商用車強制報廢年限為10年,電動汽車在其壽命周期內至少更換2次動力電池,而且由于不確定性因素(意外事故、人為原因等),動力電池的壽命周期會不斷變化。

  根據權威機構的測算,按商用車(按3年電池壽命假設)和乘用車(5年)所使用的動力鋰電池報廢量,將在2020年分別達到27Gwh和4.2Gwh,在2023年分別達到84Gwh和17.5Gwh。

  根據測算,從廢舊動力鋰電池中回收鈷、鎳、錳、鋰及鐵和鋁等金屬所創造的市場規模將會在2018年開始爆發,達到52億元,2020年達到136億元,2023年將超過300億元。

  這些因為發展新能源汽車產業而產生的電池報廢量如果不得到妥善的處置,將會對環境造成較大的污染;此外,廢棄的鋰離子電池具有顯著的資源性,下文權威機構將分析鋰離子電池回收的技術可行性和成本經濟性。

廢棄動力鋰電池具有顯著的資源性,其中鈷和鋰潛在價值最高

  組成鋰離子電池的正極、負極、隔膜、電解質等材料中含有大量的有價金屬。不同動力鋰電池正極材料中所含的有價金屬成分不同,其中潛在價值最高的金屬包括鈷、鋰、鎳等。例如,三元電池中鋰的平均含量為1.9%、鎳12.1%、鈷2.3%;此外,銅部分、鋁部分等占比也達到了13.3%和12.7%,如果能得到合理回收利用,將成為創造收入和降低成本的一個主要來源。

  鈷是一種銀灰色有光澤的金屬,有延展性和鐵磁性。因具有很好的耐高溫、耐腐蝕、磁性性能,鈷被廣泛用于航空航天、機械制造、電氣電子、化學、陶瓷等工業領域,是制造高溫合金、硬質合金、陶瓷顏料、催化劑、電池的重要原料之一。

  鈷資源多伴生于銅鈷礦、鎳鈷礦、砷鈷礦和黃鐵礦礦床中,獨立鈷礦物極少,陸地資源儲量較少,海底錳結核是鈷重要的遠景資源。再生鈷的回收也是鈷資源的重要來源之一。據USGS數據,2015年全球產出鈷礦12.38萬金屬噸,剛果(金)產出鈷礦6.3萬噸,占比超過50%,中國僅產出鈷金屬7700噸,占比6.2%。

  鈷礦擴產項目包括:2016年剛果(金)的EtoileLeachSX-EWplant、澳大利亞的NovaNickel、美國的ldahoCobalt和NorthMet,phase1等,合計新增產能7235噸;2017年新增項目較少,僅加拿大NICO和贊比亞Cobaltconverterslag等,合計新增產能2215噸;2018年澳大利亞GladstoneNickel和剛果(金)ProjectMinier的新礦山投產,合計新增產能9600噸。


  鈷礦減產項目包括:嘉能可的Katanga和Mopani項目、巴西的VotorantimMetais礦山,預計減產金屬量5200噸。未來隨著銅鎳價的繼續低迷,不排除其它大型礦企也會加入減產的陣營。


  由于2016年上半年動力鋰電池市場的快速發展所帶動的對于鈷的需求提振以及各大礦山減產的預期,鈷價在2016年年中出現了拐點,預計未來兩年內仍將維持供給緊平衡的態勢。從全球市場來看,鈷的需求42%集中在鋰電池領域,其次是高溫合金(16%)和硬質合金(10%);從中國市場來看,電池材料占比高達69%。隨著新能源車下游需求逐步明確,國內動力電池廠商2016年-2017年紛紛擴大產能,對于鈷的需求將進一步提升。因此從廢舊電池中回收再利用鈷也越來越具有經濟性。


  鋰元素作為廣泛用于動力鋰電池中的元素,其用途非常廣泛,且目前市場上碳酸鋰的價格不斷走高,需求端尤其是新能源汽車驅動的需求擴大以及供給端產能釋放的難度共同作用于碳酸鋰的價格,促使越來越多的企業開始關注鋰電池回收的經濟效益。

  鋰資源在自然界中廣泛分布,然而鋰資源的提取工藝行業壁壘較高,因此供需格局較為穩定,近年來的供應端變動主要有:銀河資源復產(MtCattlin礦山);SQM成立合營公司開發4萬噸的阿根廷鹽湖Cauchari-Olaroz項目;ALB與智利本土企業加強合作,2020年有望在智利形成3座鋰鹽廠、合計7萬噸LCE生產規模。

  2015年,鋰電池占全部鋰需求的50%以上;根據SQM的預測,2016年到2025年鋰需求的復合增速將達到8%-12%,其中動力鋰電的鋰需求復合增速將達到18%-24%,根據該預測,2025年全球鋰需求將達到49萬噸(折LCE)。

  TeslaModel3的揭幕同時帶來了對于高端氫氧化鋰需求的增加。Tesla設置的目標是在2020年達成整車制造50萬輛/年、超級電池廠35Gwh/年的既定產能建設目標,假設能夠達成目標的80%、碳酸鋰單耗為0.6噸/kwh,則對應鋰需求1.68萬噸(折LCE)。該現象級事件同時也會對整個產業的發展起到推動作用。

  從三元材料銷量來看,全球市場三元材料銷量呈現快速增長態勢,由2009年的1.2萬噸快速增長至2015年的超過9萬噸,年均復合增速達到40%。根據對未來三元材料企業發展趨勢的分析,未來國內三元材料龍頭企業產能占比仍維持在較高水平,預計未來前十大企業的產能占比將維持在80%以上。

  從三元材料的產能來看,預計2016年動力三元材料產能將超過7.1萬噸/年,2016~2018年的年復合增長率將達到56%。

  碳酸鋰作為鹽湖和鋰礦提取的直接產品,是其他鋰產品的基礎原料,氫氧化鋰目前則主要用于NCA三元材料和高鎳NCM三元材料的生產,需求都隨著三元材料需求的增長而增長。

  由于氫氧化鋰穩定性高,反應過程中不產生一氧化碳干擾物,有助于增大材料的振實密度,相比于碳酸鋰更適合作為三元正極材料合成的基礎鋰鹽。

  氫氧化鋰為富鋰錳基正極材料的合成必須基礎原料。富鋰錳基正極材料xLi2MnO3?(1-x)LiMO2具有高比容量(200~300mAh/g),能很好地滿足鋰電池在小型電子產品和電動汽車等領域的使用要求,是最具潛力的下一代動力鋰離子電池正極材料。

  我國碳酸鋰主要從鋰輝石中提取,采用硫酸法、石灰石焙燒法等,成本較高約為2.2-3.2萬元每噸。少數碳酸鋰來自鹽湖鹵水提取,針對我國鹽湖鎂鋰比較高,鹵水品位差的現狀,采用煅燒法和溶劑萃取法,成本較從礦石中提取低,但依然高于國外鹽湖提鋰成本,且受制于惡劣生產條件產量十分有限。

  國外比如Albermarle公司和SQM在美國銀峰鹽湖和智利阿塔卡瑪鹽湖,主要采用蒸發沉淀法提取碳酸鋰。這種方法成本最低,在1.2-1.9萬元每噸,是目前碳酸鋰生產的主流方法。

  金屬進行回收再利用的節能率在70%~90%之間,如果使用電池回收原材料生產電池,在節能減排方面具有絕對優勢。考慮鋰離子電池回收的經濟性問題,需要站在電池的全生命周期考慮。電池原材料以澳门银银河官方网8228金屬為主,我國银河6163官方网站金屬工業的能源消耗水平與國際先進水平存在明顯的差距,能源消耗主要集中在礦山、冶煉和加工三大領域。但银河在线游戏娱乐金屬回收過程的能源消耗遠小于原生金屬。

廢棄動力電池威脅環境和人類健康,影響社會可持續發展

  廢舊動力電池對環境和人類健康的潛在威脅。現有的廢舊電池處理方式主要有固化深埋、存放于廢礦井和資源化回收,但目前我國電池資源化回收的能力有限,大部分廢舊電池沒有得到有效的處置,將會給自然環境和人類健康帶來潛在的威脅。

  雖然動力電池中不包含汞、鎘、鉛等毒害性較大的重金屬元素,但也會帶來環境污染。例如其電極材料一旦進入到環境中,電池正極的金屬離子、負極的碳粉塵、電解質中的強堿和重金屬離子,可能造成重環境污染等,包括提升土壤的PH值,處理不當則可能產生有毒氣體。

  此外,動力電池中含有的金屬和電解液會危害人體健康,例如鈷元素可能會引起人們腸道紊亂、耳聾、心肌缺血等癥狀。

  動力電池回收問題影響到了社會經濟的可持續發展。電動汽車有應對環境污染和能源短缺的優勢,如果動力電池在其報廢之后不能得到有效回收,會造成環境污染和資源浪費,有違發展電動汽車的初衷。對企業來說,動力電池的回收蘊藏著巨大的商機,經過回收處理,可以為電池生產商節約原材料成本。此外,動力電池回收還關系到政府建設低碳經濟和環境友好型社會。


動力鋰電池回收渠道及商業模式分析

目前以小作坊回收渠道為主,隨規模擴大必將走向規范化

  動力電池的生命周期包括生產、使用、報廢、分解以及再利用。動力電池在其報廢后除了化學活性下降之外,電池內部的化學成分并沒有發生改變,只是其充放電性能不能滿足車輛的動力需求,但是可以運用到比汽車電能要求更低的地方。動力電池的梯次利用因此也成為目前業內探討較多的回收利用方式之一,即將用于汽車的電池在淘汰后利用在儲能或者相關的供電基站以及路燈、低速電動車身上,最后再進入回收體系,但這種商業模式還面臨著是否能夠盈利的考量,涉及到渠道和技術的問題。

  如上所述,動力鋰電池的回收利用可以分為兩個循環過程:(1)梯次利用:主要針對電池容量降低使得電池無法使電動車正常運行,但是電池本身沒有報廢,仍可以在別的途徑繼續使用,例如用于電力儲能;(2)拆解回收:主要針對電池容量損耗嚴重,使得電池無法繼續使用,只有將電池進行資源化處理,回收有利用價值的再生資源。

  動力鋰電池的回收渠道目前主要以回收小作坊為主,專業回收公司和政府回收中心較少,體系有待重整。目前我國動力電池回收市場的廢舊動力電池大多流入了缺乏資質的翻新小作坊,這些公司工藝設備落后,但如果交由依法注冊納稅的正規企業,取得資質并按照國家標準排放,勢必會造成價格上競爭力的缺失,因此如何更進一步地完善政策來保障電池回收產業的可持續發展是非常必要的。

回收小作坊:回收成本低廉,可以抬高回收價格,高價回收是他們最大的競爭優勢。但是這些小作坊在經過回收后,僅對廢舊動力電池進行簡單修復并重新包裝后就流回市場,擾亂了動力電池市場的正常秩序。此外,由于這些小作坊不具備相關資質,容易產生安全隱患及環保問題。

專業回收公司:專業回收公司是國家批準專門回收處理廢舊動力電池的專業企業,綜合實力雄厚、技術設備先進、工藝規范,既能最大化回收可用資源,又能夠降低對環境的影響。目前,我國專門動力電池的回收公司包括深圳格林美、邦浦循環科技、超威集團和芳源環保等。目前來看雖然進行鋰電池回收方面布局的企業越來越多,但缺乏政府系統的支持和政策激勵。

政府回收中心:地方各政府依照國家相關法律,設置的國家回收中心,有利于科學規范地管理電池回收市場、完善回收網絡、合理布局回收網絡和回收市場,提高正規渠道的回收量。目前我國還沒有動力電池的政府回收中心,但未來可以根據我國現實情況,有選擇進行發展。

發達國家電池回收產業以市場調節為主、政府約束為輔

德國: 政府立法回收,生產者承擔主要責任,設立基金完善回收體系市場化建設。

  歐盟廢棄物框架指令(2008/98/EC)和電池回收指令(2006/66/EC)是德國電池回收法規的立法依據。回收法規要求電池產業鏈上的生產商、銷售商、回收商和消費者均負有對應的回收責任和義務,比如電池生產商必須在政府登記,承擔主要回收責任,銷售商要配合電池生產商的電池回收工作,而終端消費者需要將廢舊電池交回指定的回收網絡。

  此外,德國利用基金和押金機制建立了廢舊電池回收體系,實現了良好的效果,該回收體系由電池制造商和電子電器制造商協會聯合成立的GRS基金負責運轉,是歐洲最大的鋰離子電池回收組織,該組織從2010年開始回收工業用電池,未來也會將電動汽車動力電池納入該體系回收,積極的開展動力電池的回收利用工作

  2015年,博世集團、寶馬和瓦滕福公司就動力電池再利用展開合作項目,該項目利用寶馬ActiveE和i3純電動汽車退役的電池建造2MW/2MWh的大型光伏電站儲能系統。該儲能系統由瓦滕福公司負責運行和維護,項目將建在德國柏林,預期將于2015年年末投入使用。

日本: 生產方式逐步轉變為“循環再利用”模式,企業作為先鋒參與到電池回收中。

  1994年,日本的電池生產商開始實施回收電池計劃,在每位參與者都自愿努力的基礎上,利用零售商、汽車經銷商或者加油站的服務網絡向消費者回收廢舊電池,回收路線與銷售路線相反。

  2000年起,政府規定生產商應對鎳氫和鋰電池的回收負責,并基于資源回收面向產品的設計;電池回收后運回電池生產企業處理,政府給予生產企業相應的補助,提高企業回收的積極性。

  此外,日本很多企業也參與到電池回收活動中。日產公司與住友商事合作成立了4REnergy公司,致力于電動汽車鋰電池的回收利用;本田公司正在研究提取電池內可回收貴金屬的技術,同時與其他金屬廠商合作以推進資源的循環利用;三洋公司研究制定了回收電池的路線,積極開展了可充電電池的回收再利用工作。

  日本主要的通信公司還聯合成立了鋰電池自主回收促進會,聲明其有責任推動鋰電池的回收利用工作,爭取大幅提高鋰電池的回收率。

 美國: 市場調節為主,政府通過制定環境保護標準對其進行約束管理,輔助執行廢舊動力電池的回收。

  美國市場上相繼成立了美國可充電電池回收公司(RBRC)和美國便攜式可充電電池協會(PRBA),不斷向公眾進行宣傳教育,提高公眾的環保意識,引導公眾配合廢舊電池的回收,從而保護自然環境。

  RBRC是一個非盈利性的公共服務組織,主要是促進鎳鉻電池、鎳氫電池、鋰離子電池以及小型密封鉛電池等可充電電池的循環利用,PRBA是由相關電池企業組成的非盈利電池協會,其主要目標是制定回收計劃和措施,促進工業用電池的循環利用。

  RBRC提供三個方案來收集、運送及重新利用廢舊可充電池。包括(1)零售回收方案;(2)社區回收方案;(3)公司企業和公共部門回收方案。

  便攜式可充電電池協會(PBRC)主要涉及了三個方面內容:(1)美國DOT關于鋰離子電池、鋰金屬電池的相關規定以及運輸途中的相關規定;(2)CPSC對于筆記本電池、手機電池的召回;(3)電池主要法律法規。

  在學術界,加州大學戴維斯分校的混合電動汽車研究中心在2010年也開展了動力鋰電池的二次利用和價值分析等方面的研究,研究內容包括4~5個電池二次利用領域對電池性能的具體要求、用于家庭儲能系統(HESA)的產品研發,以及評價電池整體價值(電動汽車和二次利用領域的價值之和)的方法體系。

  我國明確采用生產者責任延伸制度,隨政策不斷完善,產業正逐步走向規范化。

  目前我國現狀:動力電池回收處理技術發展較為成熟,但管理相對落后,阻礙了動力電池回收產業的發展,主要表現在:

  (1)回收網絡不健全。回收網絡主要由中小回收公司組成,難以得到有效回收;

  (2)回收企業規模較小,工藝水平不健全,較難保證資源回收效率;

  (3)存在沒有經營許可的企業非法從事廢舊動力電池回收,帶來安全和環保隱患。

  隨著新能源汽車產銷量持續增長,電動車動力電池的回收利用問題也會越來越突出,國家和地方政府相繼出臺政策,加快建設良性產業生態系統的進程。

  2012年7月,《節能與新能源汽車產業發展規劃》明確提出要“制定動力電池回收利用管理辦法,建立動力電池梯級利用和回收管理體系,引導動力電池生產企業加強對廢舊電池的回收利用,鼓勵發展專業化的電池回收利用企業”。

  2014年7月,《國務院辦公廳關于加快新能源汽車推廣應用的指導意見》提出要研究制定動力電池回收利用政策,探索利用基金、押金、強制回收等方式促進廢舊動力電池回收,建立健全廢舊動力電池循環利用體系。

  2015年3月,《汽車動力蓄電池行業規范條件》規定,系統企業應會同汽車整車企業研究制定可操作的廢舊動力蓄電池回收處理、再利用的方案。

  2016年1月工信部、發改委、環保部、商務部、質檢總局5部委聯合下發《電動汽車動力蓄電池回收利用技術政策(2015年版)》明確建立動力電池編碼制度,建立可追溯體系。明確采用生產者責任延伸制度,電動汽車生產企業承擔電動汽車廢舊動力蓄電池回收利用的主要責任,動力蓄電池生產企業承擔電動汽車生產企業售后服務體系之外的廢舊動力蓄電池回收利用的主要責任,梯級利用電池生產企業承擔梯級利用電池回收利用的主要責任,報廢汽車回收拆解企業應負責回收報廢汽車上的動力蓄電池。在激勵措施上,國家將在現有資金渠道內對梯級利用企業和再生利用企業的技術研發、設備進口等方面給予支持。在技術研發方面,國家支持動力蓄電池相關回收利用技術和裝備的研發。

  2016年2月,工信部出臺《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規范條件》和《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規范公告管理暫行辦法》,明確廢舊電池回收責任主體,加強行業管理與回收監管。

  2016年2月,《廢電池污染防治技術政策》征求意見稿對外發布。新政策中與鋰電池有關的亮點主要有:1)廢電池涵蓋的范圍納入了新興的鋰電池、太陽能電池和燃料電池,并且對電池的資源再生工廠的態度從審慎保守變為倡導和促進;2)明確了鋰離子電池再生處理企業必需具備危險廢物經營許可證后方可運行,相關環保企業將在資質上更加具有優勢;3)鼓勵研發鋰原電池、動力電池、儲能電池等逆向拆解成套設備,鋰離子電池的隔膜、金屬產品和電極材料再生處理裝備等新技術。

  除國家政策層面鼓勵支持外,我國不少地方政府也在積極探索動力鋰電池的回收再利用的具體實施方式:

上海: 2014年上海市發布《上海市鼓勵購買和使用新能源汽車暫行辦法》,要求車企回收動力電池,政府給予1000元/套的獎勵。車企回收動力電池政府將補助1000元/套

廣州: 2014年11月《廣州市人民政府辦公廳關于印發廣州市新能源汽車推廣應用管理暫行辦法的通知》,提出在本市建立車用動力電池回收渠道,按照相關要求對動力電池進行回收處理。

北京: 2016年1月27日,以“合作創新、共謀發展”為主題的《汽車有形市場未來發展趨勢論壇》在北京召開。北京市科委雙新處處長許心超在論壇上表示:對于中央提出的關于新能源汽車不限行、不限購、不繳稅的“3不政策”,北京市均已落實;與此同時,北京動力電池回收問題可通過“3個環節”有效解決。(1)車企是動力電池回收的第一責任主體。(2)退役的動力電池還可以梯次利用。(3)技術的革新使得廢舊電池回收處理后利用率能達到99%,且對環境無害。

深圳: 2015年深圳發布《深圳市人民政府關于印發深圳市新能源汽車推廣應用若干政策措施的通知》,內容顯示要求制定動力電池回收利用政策,由整車制造企業負責新能源汽車動力電池強制回收,并由整車制造企業按照每千瓦時20元專項計提動力電池回收處理資金,地方財政按照經審計的計提資金額給予不超過50%比例的補貼,建立健全廢舊動力電池循環利用體系。

  2016年9月,深圳市發改委聯合市財委發布《深圳市2016年新能源汽車推廣應用財政支持政策》的通知。在動力電池回收方面,“新規”要求新能源汽車生產企業應負責回收利用,對按要求計提了動力電池回收處理資金的,按經審計確定的金額50%對企業給予補貼,補貼資金應專項用于動力電池回收。

商業模式比較:構建經濟激勵下的生產者回收體系

  從歐美發達國家的電池回收經驗可以看出,在建立廢舊電池的回收體系時,動力電池生產商承擔電池回收的主要責任。當動力電池配套電動車一起銷售給運營商、集團客戶或者個人客戶等消費者,消費者擁有動力電池的所有權,也有義務交回報廢的動力電池。該模式下的回收網絡由動力電池生產商利用電動汽車生產商的銷售服務網絡改建,而且電動汽車生產商有責任配合對其產品中所使用的動力電池進行回收。

  生產商在產品全生命周期中最具控制力,占有多種資源,負責產品的設計架構。可以說生產商掌握著產品的全部信息,決定了產品對環境的影響程度。

  回收流程為動力電池生產商利用電動汽車生產商的銷售網絡,以逆向物流的方式回收廢舊電池。消費者將報廢的電池交回附近的電動汽車銷售服務網點,依據電池生產商和電動汽車生產商的合作協議,電動汽車生產商以協議價格轉運給電池生產企業,由其進行專業化的回收處理,電池生產商可以繼續利用回收的金屬材料。

  另外,報廢汽車拆解企業在回收廢棄電動汽車時,也需要將拆解的廢舊動力電池直接銷售給動力電池生產商。

  在回收形式上,實施“以舊換新”的制度促使更多的消費者交回廢舊電池,保證動力電池的回收量。在消費者更換新電池時,舊電池可以抵扣新電池的部分價格。報廢汽車拆解企業在回收帶有動力電池的電動汽車時,應給予消費者一定的現金補償,之后將廢舊動力電池銷售給動力電池生產商。

  行業聯盟回收動力電池模式是指由行業內的動力電池生產商、電動汽車生產商或電池租賃公司組成,并共同出資設立專門的回收組織,負責動力電池的回收。這種方式可以避免由于電池生產商單個企業實力有限導致的回收電池數量不夠、資金有限和回收渠道少的問題。

  該模式的主要特點是在行業內成立統一回收組織,影響力強、覆蓋廣泛,獨立運營;且回收網絡龐大,易于消費者交回電池。回收利用所得的收益用于回收網絡的建設和運營。

  第三方回收模式:需要獨自構建回收網絡和相關物流體系,負責回收委托企業售后市場生產的廢舊動力電池,之后運回回收處理中心,進行專業化的回收處理。在電動汽車最終報廢進入汽車拆解企業后,汽車拆解企業可以將廢舊動力電池銷售給第三方企業。


  回收模式的建立,需要投入大量的資金進行回收設備、回收網絡及人力資源的建設;成本也是其中的重要影響因素之一。在生產者責任延伸制的體系下,不同動力電池回收模式適用于不同類型的企業。

  對于大型動力電池生產商,其產品種類繁多、產銷量較大,有較強的技術、經濟實力自己回收電池;對于中小型企業,產品種類、產銷量都較少,自己回收需要大量的投資,會影響企業核心業務的發展,所以可以選擇和其他組織合作回收。

  比較而言,行業聯盟回收成本經濟性最佳,但因為需要行業中各企業協同合作,目前在法律法規還沒有很完善的情況下,可操作性較小。綜合成本方面,動力電池生產商直接回收的模式成本較低,而第三方回收模式成本較高。


廢舊鋰離子電池的資源化技術:濕法回收技術為主

 鋰離子電池回收技術概況

  廢舊鋰離子電池的資源化技術,是將廢舊鋰離子電池中有價值的成分,依據其各自的物理、化學性質,將其分離。一般而言,整個回收工藝分為4個部分:(1)預處理部分;(2)電極材料修復;(3)有價金屬的浸出;(4)化學純化。


  在回收過程中,按照不同的提取工藝分類,可將鋰離子電池的回收技術分為3大類:(1)干法回收技術;(2)濕法回收技術;(3)生物回收技術。

  干法回收主要包括機械分選法和高溫熱解法(或稱高溫冶金法)。干法回收工藝流程較短,回收的針對性不強,是實現金屬分離回收的初步階段。主要是指不通過溶液等媒介,直接實現材料或有價金屬的回收方法,主要是通過物理分選法和高溫熱解法,對電池破碎進行粗篩分類,或高溫分解除去有機物以便于進一步的元素回收。


  濕法回收技術工藝比較復雜,但各有價金屬的回收率較高,是目前主要處理廢舊鎳氫電池和鋰離子電池的技術。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。

  生物回收技術具有成本低、污染小、可重復利用的特點,是未來鋰離子電池回收技術發展的理想方向。生物回收技術主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,得到含有效金屬的溶液,實現目標組分與雜質組分分離,最終回收鋰等有價金屬。目前,關于生物回收技術的研究剛剛起步,之后將逐步解決高效菌種的培養、周期長的問題以及對于浸出條件的控制問題。


  從回收工藝的次序來看,第一步:預處理過程,其目的是初步分離回收舊鋰離子電池中的有價部分,高效選擇性地富集電極材料等高附加值部分,以便于后續回收過程順利進行。預處理過程一般結合了破碎、研磨、篩選和物理分離法。主要的幾種預處理方法包括:(1)預放電;(2)機械分離;(3)熱處理;(4)堿液溶解;(5)溶劑溶解;(6)手工拆解等。

  第二步:材料分離。預處理階段富集得到了正極和負極的混合電極材料,為了從中分離回收Co、Li等有價金屬,需要對混合電極材料進行選擇性提取。材料分離的過程也可以按照干法回收、濕法回收和生物回收的分類技術分為:(1)無機酸浸出;(2)生物浸出;(3)機械化學浸出。


  第三步:化學純化。其目的在于對浸出過程得到的溶液中的各種高附加值金屬進行分離和提純并回收。浸出液中含有Ni、Co、Mn、Fe、Li、Al和Cu等多種元素,其中Ni、Co、Mn、Li為主要回收的金屬元素。通過調節pH將Al和Fe選擇性沉淀出后,再對浸出液中的Ni、Co、Mn和Li等元素進行下一步的處理回收。常用的回收方法有化學沉淀法、鹽析法、離子交換法、萃取法和電沉積法。


  國內外企業動力電池回收的技術路線和趨勢:濕法工藝和高溫熱解為主流


  比較國外主流電池回收公司的廢舊動力電池回收工藝可以發現,目前主流鋰電池回收工藝以濕法工藝和高溫熱解為主,且很大一部分已經投入了工業生產階段。


  鋰電回收經濟性強,電池廠商自行拆解或第三方拆解模式是目前主流


  從2015年以來,隨著新能源汽車行業的爆發,以及電池材料的趨勢性變化(向著高鎳三元材料的方向發展),鈷、鎳及碳酸鋰/氫氧化鋰的價格將受到一定幅度的提振。這使得回收廢舊鋰離子電池的經濟性得到進一步重視。


  我國私家車年平均行駛里程約為1.6萬公里,保守估計私家車的使用條件下,純電動/插電式汽車的動力電池組使用壽命為4~6年左右;而對于公交車、出租車等車型,由于其日均行駛里程長,充電較為頻繁,其動力電池組的壽命為2~3年。


  不同類型動力電池金屬含量各不相同,根據權威機構對各類電動汽車占比以及單車鋰電容量的預測,對于我國未來動力鋰離子電池的報廢量進行了預測。預計到2018年,我國新增報廢的動力電池將達到11.8Gwh,對應可回收利用的金屬為:鎳1.8萬噸、鈷0.3萬噸、錳1.12萬噸、鋰0.34萬噸;預計到2023年,新增報廢的動力電池將達到101Gwh,對應可回收利用的金屬為:鎳11.9萬噸、鈷2.3萬噸、錳7.1萬噸、鋰2萬噸。


  權威機構預計,除金屬鈷外,其他幾種金屬價格在未來幾年都將有不同程度的下降,據此推算,到2018年,可回收的有價金屬的市場規模將達到鎳14億元、鈷8.7億元、鋰26億元;到2023年,可回收的有價金屬的市場價值可以達到鎳84億元、鈷73億元、錳8.5億元、鋰146億元。


  通過建立經濟性評估模型針對動力電池回收過程中投入成本和回收材料產出的收益,可以以以下數學模型進行表示:


  Bpro=Ctotal-Cdepreciation-Cuse-Ctax


  Bpro表示廢舊動力電池回收的利潤;Ctotal表示廢舊動力電池回收的總收益;Cdepreciation表示廢舊動力電池設備的折舊成本;Cuse表示廢舊動力電池回收過程的使用成本;Ctax表示廢舊動力電池回收企業的稅收。

  廢舊動力電池回收和再資源化過程的使用成本主要包括以下幾項(1)原材料成本;(2)輔助材料成本;(3)燃料動力成本;(4)設備維護成本;(5)環境處理成本;(6)人工成本。

  從毛利率、可行性和可持續性三方面看,權威機構認為:電池廠商直接回收利用形成閉環的模式以及第三方專業拆解機構向電池廠商購買廢舊電池的模式是目前主流的動力鋰電回收模式,且在鋰電綜合回收的情況下具有較好的經濟性。

  假設:(1)目前的金屬價格(鈷21.5萬元/噸、鎳7.77萬元/噸、錳1.1萬元/噸、鋰70萬元/噸、鋁1.26萬元/噸、鐵0.2萬元/噸)且不考慮其他回收產生的收益;(2)考慮各類動力電池的使用占比(磷酸鐵鋰70%、錳酸鋰7%、三元23%)綜合回收鋰離子電池;(3)除原材料之外其他成本相同


  結論及分析:第三方專業機構從小作坊收購廢舊鋰電池并進行拆解加工的毛利率最高,達到60%;其次是行業聯盟回收加工的形式,毛利率達到45%。但這兩種方式中,前者(第三方:購于小作坊)存在安全和環保性問題,且目前小作坊尚未認識到鋰電回收產業的巨大價值,收購價格較低,因此這種方式不具有可持續性;后者(行業聯盟)目前由于相關管理條例和法律環境不完善,可行性仍然較低,但未來將是趨勢之一。;其他三種方式可行性和可持續性都較好,但其中電池生產商直接回收利用和第三方專業拆解機構向生產商購買廢舊電池的模式毛利率較高,因此權威機構認為這兩種方式將構成目前主流的回收模式。


  三元電池材料的回收價值較其他動力電池更高,如單獨考慮回收三元動力電池的情況,則電池廠商回收利用模式和向電池廠商購買廢舊電池的第三方拆解模式皆具備優質的投資價值(2016年測算到毛利率分別達到55%和48%

  權威機構認為,動力鋰電回收產業將在未來5年內逐步實現規范化、規模化,行業聯盟的回收模式有望在產業發展中后期形成,由于其規模效應,將擁有較高的毛利率。此外,原有的生產者回收利用模式和向生產者購買廢舊電池的第三方拆解模式仍具備較強經濟性。