观点:2023年动力电池回收行业研究 拆解回收是对退役电池的资源化再生利用

2023-05-10 09:37:02

来源:中信建投证券

动力电池报废高峰将至,千亿规模市场喷薄欲出

动力电池退役潮临近,电池回收产业东风已至

电动车行业高速发展,动力电池退役潮临近 从坎坷起步到世界第一,中国新能源汽车产业发展已驶入快车道。中国新能源汽车产业发展已经完成了从 政策扶植到市场化驱动的转变,经历了从小到大、从弱到强的发展历程。2014 年,中国接连出台 16 项新能源 汽车政策,称之为“中国新能源车元年”;2015 年中国成为全球最大的新能源汽车市场,此后始终位居世界第 一;2021 年开始,国内新能源汽车产业市场化进阶,产品型号、产销数量跃上新台阶,新能源汽车渗透率步入 “S”型曲线加速期,中国新能源汽车产业从政策培育转向为市场驱动,发展驶入快车道。 据中国汽车工业协会数据,2022 年虽然面临疫情干扰、芯片结构性短缺、居民消费放缓等因素影响,但全 年新能源汽车产销依然分别达到 705.8 万辆和 688.7 万辆,同比分别增长 96.9%和 93.4%,新能源汽车产销连续 8 年位居全球第一,新能源汽车渗透率达到了 25.6%。


(相关资料图)

二分天下,磷酸铁锂逆袭三元电池。在国内动力电池市场上,磷酸铁锂和三元电池是目前最为主流的两大 技术路线,前者成本低、安全性高但电池能量密度较低、续航略差,后者续航时间长但成本稍高。2018-2020 年期间,国内磷酸铁锂电池的装车量均低于三元电池,随着比亚迪刀片电池推出,安全、价格、寿命等因素下 磷酸铁锂逐步逆袭三元电池,2021 年 7 月,磷酸铁锂电池以 51.3%的市占率反超三元电池,此后便一直保持了 领先。 根据中国汽车工业协会数据,2022 年中国动力电池装车量达到 294.6GWh,增长 90.7%,其中磷酸铁锂 183.8GWh,增长 130.2%,占比 62%,三元电池 110.4GWh,增长 48.6%,占比 37%,磷酸铁锂电池市场占比进 一步扩大。

动力锂电池寿命约 5-8 年。锂电池多次充放电以后稳定性有所降低,最突出问题是锂电池经过多次充放电 循环后,电解液会发生分解,正极材料的晶格会转变,游离的锂离子发生沉积,致使电池容量衰减、失效。当 动力锂电池寿命衰减至 80%以下时,电池的电化学性能将出现明显下滑,难以完全满足汽车正常动力需求,电 池进入退役状态。通常认为,动力电池的服役年限在 5~8 年左右。 2022 年国内废旧锂电回收 30.03 万吨,回收碳酸锂当量近 6 万吨。根据 SMM 调研统计,国内 2022 全年回 收废旧锂电回收共 300258 吨,包含电池、极片和黑粉形态的回收废料,包括社会报废的旧废料,也包括电池生 产中产生的边角料、次品等新废料。按照电池种类看,其中三元废料 188692 吨,占比 63%,磷酸铁锂废料 94551 吨,占比 31%;钴酸锂废料 17015 吨,占比 6%。按照电池形态看,其中废旧电池 68141 吨,占比 23%;正极 片 99024 吨,占比 33%;黑粉 133093 吨,占比 44%。按照产品端分类,回收得到硫酸镍 32380 金吨,硫酸钴 25418 金吨,氧化钴 977 金吨,工业级碳酸锂 18708 吨,电池级碳酸锂 21560 吨,粗制碳酸锂 18323 吨。需要 注意,上述回收统计包括旧废料,也包括电池生产产生的新废料。

中国动力锂电池退役刚起步,预计未来规模达 TWh 级别。2021 年开始,中国新能源汽车产销量显著增加, 假设平均汽车动力电池平均寿命为 5 年,则预计到 2026 年左右电池报废量将急剧增长,2026 年动力电池退役 量有望超过 100GWh,2032 年有望超过 1TWh,2022 年至 2035 年 CAGR 达到 33%。

重视退役动力电池回收的多重必然性

退役动力电池存着安全隐患,并且电池中含多种有害物质,随意废弃将对生态环保和人体健康产生巨大影 响。另外多数资源的可回收性良好且工艺可行,锂电池在退役后进行回收必要且可行。 首先,安全性,退役动力电池存着安全隐患。新能源汽车的动力电池额定电压较高,在缺乏保护措施的情 况下接触或挤压容易引起触电事故;当电池内外短路时,正负极会产生大电流,导致高热。废旧电池如处理不 当会导致电池燃烧甚至爆炸,甚至导致严重火灾,因此退役动力电池必须得到安全处置。 其次,环保性,退役动力电池威胁生态环境和人身健康。动力电池成分复杂,金属组分、非金属、固态、 液态等多组分并存,其中的金属如钴、镍、锂、锰、铁、铜等如果得不到回收处置,与酸反应转为离子态造成 重金属污染,同时镍钴锰、镍钴铝在水系环境里呈现强碱性,对水体和土壤造成污染。负极材料中的石墨粉, 因其颗粒很小,易产生粉尘污染。电池的电解液溶质及其转化产物,如 LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、HF、P2O5 等,溶剂及其分解和水解产物,很多都是有毒有害物质,如 LiPF6 具有强腐蚀性,遇水或高温能够产生有毒气 体氟化氢(HF)等,经由皮肤、呼吸接触对人体组织,粘膜和上呼吸道造成刺激,对动植物也有严重的腐蚀作 用。

第三,经济性,退役动力电池资源性强,再生利用的经济价值高。废旧电池含有多种可回收的金属资源, 包括锂、镍、钴、锰、铝、钢等金属和其他可再生利用成分如石墨等,蕴藏资源种类丰富、丰度高,具备极高 的再生利用价值。锂、镍、钴、锰金属主要存在于正极材料中,价格高、经济性好,为再生利用的主要对象。 《废旧动力蓄电池综合利用行业规范公告管理暂行办法(2019 年本)》的要求,动力电池再生利用企业对钴镍 锰的综合回收率应不低于 98%,锂的回收率不低于 85%,现行的回收工艺可以满足此技术指标要求,提供了退 役动力电池金属回收在技术上的可行性。

第四,战略性,退役动力电池回收开拓城市矿山,对于突破能源金属的资源锢桎、保障国内资源供应具有 战略意义。中国锂钴镍资源储量低、矿产量低,但消费量非常大,资源对外依存度居高不下。根据 USGS 数据, 2021 年中国锂、钴、镍的储量(金属吨)分别为 150 万吨、8 万吨、280 万吨,分别占全球总储量的 6.8%、1.1%、 2.9%;中国原生矿产量(金属吨)分别为 1.4 万吨、0.2 万吨、12 万吨,分别占全球原生矿产量的 14.0%、1.3%、 4.4%;但根据安泰科和 SMM 数据,中国锂钴镍三种金属的消费量却分别占到了全球的 62.6%、66.9%、55.7%, 中国新能源产业发展面临着严重的资源受制于人的局面,加拿大等国家限制我国锂矿投资,海外矿产投资环境 恶化,资源安全已经上升到国家战略层面。再生资源的回收利用,一定程度上解决资源供需不平衡对产业发展 的约束,对于新能源汽车产业的可持续发展意义重大。

第五,低碳,使用再生材料可有效降低汽车生命周期碳排放。欧盟已经将电池的生命周期碳排放纳入到电 池战略行动计划中。欧盟提出,加强电池回收材料应用,推动二次原材料供应,同时提出在生产过程中使用可 再生能源,以尽可能低的碳足迹支持欧盟电池制造业的可持续性。在《电池 2030+》中欧盟提到,要将电池的 生命周期碳足迹减少至少五分之一。中汽中心的研究结果表明,1kg 三元材料碳排放量为 17.4kgCO2e,而再生 型三元材料的碳排放因子是-9.42kgCO2e,比三元材料碳排放因子降低了 154%,假设三元材料中,再生型材料 的应用比例为 30%,则 1kWh 三元锂电池包材料碳排放量为 76.28kgCO2e/kWh,相较于目前三元锂电池碳排放 量的 94.95kgCO2e/kWh 降低了约 20%。

再生与回收契合未来下游企业的 ESG 发展方向。下游如苹果、特斯拉等行业巨头越来越重视 ESG 发展, 重视再生资源应用,苹果公司计划 2025 年实现在电池中使用 100%再生钻、产品设备中的磁铁将完全使用再生 稀土元素、所有苹果设计的印刷电路板将使用 100%再生锡焊料和 100%再生镀金。特斯拉工厂报废电池 100% 移 交至电池回收白名单企业进行再生利用,92%电池原材料金属可实现再利用。回收再生的资源更符合绿色、低 碳理念,符合下游企业 ESG 发展方向,在产业链条中成为“加分项”。

政策利好产业发展,规范回收体系逐步建立

中国电池回收相关政策建设伴随产业成长,各项体系规范不断完善。动力电池回收政策伴随新能源汽车产 业发展而不断完善,在我国新能源产业雏形初具阶段,国家就已经意识到动力电池退役的问题,出台动力电池 回收政策,完善回收体系建设,特别是 2018 年以来,政策密集发布,国家对于动力电池回收问题的高度重视, 动力电池回收逐步规范完善。我国动力电池回收利用政策发展历程可分为三个阶段: 第一阶段,2012-2015 年,部分条款阶段,电池回收开始被政策提及,但只作为推广应用新能源汽车政策文 件的部分条款出现,缺乏体系化政策,电池也尚未形成主流技术路线,梯次利用为重点思路之一。 第二阶段,2015-2018 年,专题政策阶段,针对动力电池回收陆续出台多项政策、方法,对回收利用管理、 回收技术标准作出详细规定,逐步建立上下游企业联动的动力蓄电池回收利用体系。 第三阶段,2018 年至今,试点实施阶段,政策出台明显加速,密集发布各项办法,增加试点项目,追加电 池溯源管理,提高行业规范度,整治行业生态乱象,国内电池回收企业规范化、专业化、大型化化趋势加快。

技术路径:拆解回收利用相对成熟,梯次利用尚处初期

磷酸铁锂宜梯次利用,三元电池宜拆解回收

退役动力电池退役后有两条主要去处:梯次利用和拆解回收。 梯次利用:是对退役电池的降级应用,当动力电池性能下降到原性能的 80%,不能达到电动汽车的使用标 准,但可以继续在储能系统、低速电动车、电动工具、储能、通信基站等领域继续使用,变相延长电池的使用 寿命。梯次利用过程包括废旧电池包拆解、检测、筛选、重新组成健康电池包或电池系统。

拆解回收:是对退役电池的资源化再生利用,将报废的锂电池集中回收,通过物理、化学等回收处理工艺 将电池中具备利用价值的金属元素如锂、钴、镍等提取出来,有价金属元素返回冶炼或者正极材料生产环节, 最终仍用于动力电池的生产。当梯次利用的电池性能进一步衰减至无法利用时,需要再退役,最终仍进行拆解 回收。

梯次利用规模化发展存在挑战,长期或以拆解回收为主导。梯次利用是退役电池的降级应用,优势是能够 提高电池的利用价值,实现产业链价值最大化,也能降低储能、低速电动车等行业的用电池成本;但缺点是电 池评估环节并不成熟,电池的差异性也导致安全问题,成本目前也并不具备优势。拆解回收是对退役电池的资 源化利用,回收技术相对成熟,资源回收率高,不需要一致性筛查和安全评估,拆解流程更为简单,经济效益 好、商业模式相对较好,但容易造成环境污染、能耗较高等问题。

磷酸铁锂电池适合梯次利用。磷酸铁锂电池在容量下降至 80%以下后仍然能够保持较好的电化学性能,电 池容量也不会呈现加速衰减的趋势,同时磷酸铁锂电池安全性更好,稳定性好,循环寿命更长,因此退役之后 适合梯次利用。 三元电池适合拆解回收三元电池循环寿命比较短,三元电池的安全性也没有铁锂电池的好,着火点比较低, 耐高温性稍差,不适合用于储能电站、通讯基站等环境复杂的领域,同时三元电池所含的镍钴锰价格比较高, 即使直接拆解,收益也很可观,所以三元电池一般不作为梯次利用的对象,更加适合拆解回收有价元素。

梯次利用:退役电池的降级应用,尚处商业化初级阶段

分级多区段梯次利用

退役动力电池可以根据衰减程度,多级、多次梯次利用。当动力电池容量衰减到初始容量的 80%以下,便 达到设计的有效使用寿命,不能完全满足车用需求。将性能较好的电池筛选重组后在某些使用条件相对温和的 场合进行二次利用,继续发挥其功能,做到资源利用的最大化。根据电池性能的衰退程度,可将回收利用大体 分为四个阶段,从第一阶段向下级延伸,直至完全不能满足各场景的使用要求后,进入第四阶段,即再生利用 环节。 第一阶段,为电池包使用阶段,即电池容量大于或等于 80%,满足电动汽车使用要求,作为正常能源电池 在车中被使用;第二阶段,为电池组利用阶段,即电池容量衰减至 60%-80%,可应用于对放电功率要求稍低的 低速电动汽车、电动三轮车等移动、复杂工况场景;第三阶段,为单体电池利用阶段,可用容量衰减至 20%-60%, 则由专业厂家回收拆解成单体电池,以串、并联的方式以多种组合形式再配组,重组后电池主要使用在储能场 景,容量较高性能更稳定的用于电网储能,容量较低性能稍次的可用于家庭储能、充电宝等;第四阶段,为报 废阶段,可用容量衰减至 20%以下,此时电池已经可以进行报废处理,仅需提炼回收电池内部部分零件及稀有 化学成分,回收金属元素。

工艺流程相对复杂,仍需多方面完善

退役动力电池梯次利用的工艺流程包括电池拆解、品质检测、电池筛选、电池重组、系统集成等。对电池 包进行外观评估及一致性检测,满足需求则可直接以整体的形式应用于低性能需求的应用场景;未通过的电池 将电池包进行拆解为电池模组,并对外观、循环寿命、电池容量、性能状态等进行检测,筛选后的电池按照一 致性进行电池重组,未通过电池模组环节评估的则进一步拆解为电池单体,再进行重组。重组后的电池进行系 统集成,应用于新的场景。拆解前,需要了解退役电池包的基本信息,包括总电量,稳定容量,额定电压,成 组方式,模块数量以及重量等。

梯次利用成本偏高:由于每家企业电池的工艺设计、类型、链接方式、内外部结构等各不相同,因此拆解 分选困难,产线自动化程度低,拆解过程基本是手工完成,过程耗时耗力,人工成本偏高;退役电池从回收运 输到评估检测,也存在较高的隐性成本。在盈利模式尚未成熟的当下,梯次利用的经济性并不比采购新电池高 太多,甚至出现梯次利用成本高于使用新电池的情况产生。低成本是梯次利用的最大价值之一,以较低的成本 获得较高的性能才能促进产业链发展,是梯次利用商业模式成功与否的前提。 退役电池状态校验难:依据退役动力电池历史运行数据的完整程度可分为白箱电池和黑箱电池,早期动力 电池数据管理并未形成规范的记录,导致动力电池状态检测无法采用快速高精度的方法,电池状态的预估基于 有限数据,则其安全性能评估和价值判断准确性低,无形中增加品质风险和成本。

动力和储能电池的技术路线差异:电动汽车和储能端关于电池的需求有所不同,电动汽车倾向电池具备高 能量密度,储能领域则更看重电池拥有高循环寿命,因此动力锂离子电池和储能电池的技术路线也会有所差异, 因此未来三元动力锂离子电池梯次利用到储能领域,是否存在安全隐患以及能否保证梯次利用电池的稳定性等 不确定因素,还存在一些困惑。 对退役电池的价值评估不统一:目前市场上退役动力锂离子电池的标价跨度较大,有关退役电池剩余价值 的评估业内也没有统一标准。关于一个电池的评价估值,其实际剩余容量、健康状况、预估剩余循环次数和全 生命周期放电量等方面的数据,对退役动力锂离子电池的市场价值有着较为直接的影响。当前关于如何评定退 役电池的价值,车厂、用户、回收机构、储能电站等各方还未达成价值共识。

国内处于试点阶段,海外商业化运营较多

我国退役动力电池梯次利用体系初步建立,但仍主要停留在示范项目阶段,商业化应用相对较少。整体来 看,梯次利用的投入成本依然较高,因此目前国内的退役动力电池梯次利用主要停留在试点阶段和示范项目阶 段,商业化的应用还较少。近年来,工信部会同有关部门出台了《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办 法》等政策,实施了动力电池全生命周期溯源管理,在京津冀等 17 个地区及中国铁塔公司等开展梯次利用试点, 推动跨区域合作与产业链协同。

国外企业在梯次利用上试点更早、走得更快。海外一些发达国家都在积极探索电池梯次利用的商业发展模 式,如德国、美国、日本等国家由于起步较早,如今已经有了很多成功的示范工程和商业项目,大部分是以储 能二次利用为主。例如,4R Energy 公司是日产汽车与住友商事株式会社在 2010 合资成立的,致力于实现日产 聆风的锂电池二次商业化利用,回收日本和美国市场中聆风汽车的废旧电池用于住宅及商用的储能设备,目前 已经推出两款储能电池产品;夏普公司则将退役的动力锂电池通过智能功率调节器用于家庭储能;美国杜克能 源将退役的动力钾电池应用在家庭能源上;德国博世集团则利用宝马的纯电动汽车退役的动力电池建造 2MW/2MWH 的大型光伏站储能系统;美国公司 Free Wire 基于退役的废旧动力电池供能,面向办公区域开发了 一款可移动的电动汽车充电宝。

成本下降为长期趋势

成本控制是当前限制梯次利用规模扩大的主要原因之一。由于退役电池规格繁多,不同的车型就有不同的 电池 pack,内部设计和结构千差万别,不同的电池 pack 就要定制不同的拆解解法,拆解自动化程度低,电池转 运和评估检测也有较高成本构成,造成效率偏低,成本较高。国内梯次利用规模尚处于起步阶段,规模效应对 成本的下降还未充分体现,能否以较低的成本获得较高的性能,退役电池梯次利用持续降本,是扩大和丰富商 业模式的前提。 技术进步、新型商业模式出现,未来梯次利用成更具经济性。随着退役动力电池的价格下降以及电池拆解 重组技术的发展,梯次利用的成本竞争力将得到进一步提升。BaaS(Battery as a Service,电池租用服务模式) 等新型商业模式的出现,电池的所有权主体也正在发生改变,梯次利用成为提高动力电池全寿命周期价值最大 化的关键。BaaS 模式还可以提高退役动力电池的供应规模和可利用率,让退役电池大规模回收和标准化拆解成 为可能,梯次利用也更具经济性。据彭博新能源财经数据,到 2030 年梯次利用的价格可能或可比新采购电池组 便宜 30%左右。

拆解回收:资源化再生利用,回收率为核心

电池拆解回收分为预处理-金属回收工序,正极最具回收价值。动力电池主要结构包壳体、正极、负极、隔 膜、电解液等,其中正极材料中含有大量的镍、钴、锂、锰等金属元素,电池拆解回收是指通过物理及化学手 段电池中的镍、钴、锂等金属材料分离出来进行再生利用,过程包括预处理和金属回收两部分工序,其中金属 回收供需技术路径较多、工艺也相对成熟。

金属回收:工艺相对成熟,国内以湿法或火法-湿法联合工艺为主。锂、镍、钴、锰等有价金属绝大部分都 存在于正极材料中,因此从正极材料是主要处理对象。拆解后电芯通过破碎-高温炉-重选(风选)-磁选-筛分等 环节,得到的颗粒较粗的通常包括塑料、分离器、铜箔、铝箔等,粒级较细的组分通常包括正负极材料,含有 锂、钴、镍等金属元素,行业称为“黑粉”。“黑粉”中金属元素的回收方法有物理法、火法工艺、湿法工艺、 生物冶金或者联合工艺等,回收方法与传统冶金工艺接近,因此技术相对成熟,尤其是火法工艺和湿法工艺应 用较为广泛,国内则主要采用湿法或联合工艺。

火法工艺:传统方法,常配合其他工艺使用

火法工艺是冶金领域较为传统的回收方法,原材料兼容性高,有价金属通常以合金的形式回收。火法冶金 技术历史悠久,常用于提取金属,最早用于矿物冶金。将电极材料部分放入干电弧炉内高温处理,通常高温煅 烧处理温度超过 1000℃,塑料和有机溶剂被燃烧,其中的金属及其化合物发生氧化还原反应,利用不同金属熔 沸点和冷凝点不同,通过金属蒸汽挥发-降温冷凝过程其收集,主要回收低沸点的金属及和金属氧化物,最后对 剩下的残渣金属采用筛分、热解、磁选或化学方法等进行回收。

火法冶金工艺的主要优点:1)工艺简单而成熟,工艺流程较短、操作相对简单;2)无需提前进行分选, 可以回收多类电池的混合物;3)适合大规模的废旧电池进行处理。主要缺点:1)能耗大,过程中产生较多 CO2 或其他有害气体,焚烧尾气处理的压力大,容易引发大气污染进而受到政策限制;2)部分金属存在于炉渣中难 以回收,金属回收率低,产品合金需要配合湿法冶金等工艺进一步处理以实现不同金属的提纯;3)石墨、隔膜 和电解液等有机物全部以还原剂的形式被燃烧掉,得不到回收。

湿法工艺:技术成熟、广泛应用,最大程度回收金属元素

湿法工艺技术成熟,产品多为金属盐。湿法冶金广泛使用于原生矿产的有色金属冶炼工艺当中,是一种很 成熟的处理方法。湿法回收主要包括浸出和分离(萃取、沉淀)过程,通过酸或碱对锂电池正极材料进行溶解, 将正极活性物质中的金属组分浸出,浸出液除杂净化后,通过离子交换/萃取/沉淀等工艺,将其中金属离子分离 并形成相应无机盐或氧化物,如硫酸钴、硫酸镍、氯化钴、碳酸锂等,可直接用于电池生产。 湿法工艺优点突出:1)可以回收电池中几乎所有价值量高的金属元素;2)回收率高,镍、钴回收率 98% 以上,锂回收率 85%以上;3)产品纯度高,可以直接制备电池级材料;4)对原料的处理更加具有灵活性,可 直接处理正极材料生产过程中的废料和失效锂电池中拆解、分选出的极片料。但缺点是:1)溶液中金属离子成 分多,因此操作程序复杂、工艺流程较长;2)工艺采用了大量的酸碱,废水处理困难,容易造成水土污染,处 理不当可能会造成二次污染;3)电池必须经过破碎等预处理,经过细筛得到“黑粉”才可以浸出;4)适合组 成成分较为单一的废旧电池,成分发生较大变化时,工艺可能会发生调整。

我国电池回收企业大部分都采用湿法工艺。格林美采用湿法工艺,废料经过破碎分选,除去金属碎片,通 过酸浸、萃取、分离得到各种目标金属盐溶液,然后通过共沉淀制备三元前驱体产品或由氯化钴制备碳酸钴, 煅烧后制备四氧化三钴,含锂萃余液则用来制备锂盐;江西赣锋循环,废电池经过盐水放电、初破碎筛分,选 出隔膜、外壳,极片经过干燥热解、细破碎,得到铜铝金属及三元粉料(黑粉),三元粉料再经过焙烧、硫酸双 氧水浆化/酸浸后,除铜、铁、铝,沉锂,萃取、反萃取等工序,得到镍钴锰净化液,用于前驱体生产。 国内的华友钴业、邦普循环、天奇金泰阁、光华科技、赣州豪鹏、芳源环保、以及海外公司 Li-Cycle 等均 主要采用湿法提取镍钴锂等金属或相应盐类。近年通过不断加大技术研发投入(宁德时代-两段酸性浸出,格林 美-葡萄碳酸浸取,光华科技-空气氧化法),国内企业不断改进湿法工艺流程,回收率和盈利能力显著提升。

联合工艺:优势互补,湿法为主,火法为辅

单一工艺适应性差,联合工艺优势互补。火法回收工艺存在着原料损失、废气及粉尘排放、能耗高等缺点; 湿法回收法存在着废水处理困难、程序繁琐、化学试剂消耗量大及成本高等缺点。一些学者便提出了火法焙烧湿法冶金联合法回收工艺,利用火法焙烧改变正极活性物质的成分,再利用湿法溶解、分离(萃取、沉淀),最 终得到金属或金属化合物。另外,事实上,火法工艺更多为前序流程,产品以合金为主,后续多联合湿法工艺 进一步分离金属元素,比如 Umicore 的 Val’Eas 工艺在火法工艺后得到合金金属,在经过酸浸经萃取得到金属 盐,最终通过高温还原回收金属单质,全流程属于联合工艺。

物理修复:恢复材料活性,助力磷酸铁锂梯次利用

电池性能衰减源自电池材料的结构或性质变化,修复材料缺陷实现电池材料回收已经成为热点方向。退役 电池宏观尺度下几乎所有的性能衰退,均是由于分子尺度下的材料本身发生了结构或者化学变化以及微纳尺度 下的材料形貌或者红外特性变化引起的,若采用物理或电化学等方式,对拆解分离后的退役锂电池电极材料的 结构和性能进行修复,可以最终处理再生为可再次投入使用的电极材料或其前驱体,这种技术称作电池的物理 修复再生技术,已经成为近年来回收处理退役电池的新型热门方向。 修复再生技术主要有直接修复再生和高附加值再生。磷酸铁锂材料电性能衰减的主要原因是材料中活性锂 的损失,因此通过向磷酸铁锂电池正极材料中补充锂元素可以获得较好性能的再生材料。直接修复再生即通过 不同温度的高温煅烧,对正极材料的电化学活性进行修复,从而直接获得可再次利用的正极材料,这类方法简便且成本较低、对环境影响较小,但再生产物易出现夹带杂质、结构修复不完全的问题。高附加值再生是指将 退役磷酸铁锂电池正极材料中的锂、铁、磷以化合态形式浸出回收,作为原料,在补充锂源、铁源或磷源后, 通过水热法、高温固相法、喷雾干燥固相法、喷雾热解法、碳热还原法等方法重新合成性能较好的磷酸铁锂正 极材料;通过高附加值再生所制得的产品性能优良,但工艺复杂、耗能较大、易对环境造成污染。. 物理修复工艺全组分回收在高校得到技术进展。国内中南大学、清华大学等研究发展出全组分物理法回收 技术,通过精确拆解、材料修复的方式,实现了电解液、隔膜、电池材料的全组分回收,且回收率较高,有效 回收正、负极材料、隔膜、电解液材料等,虽然废旧隔膜和电解液一般不能再参与到动力电池的生产环节,但 其仍可以实现材料层面的循环利用,并且可以通过回收很好地避免回收过程中的环保隐患。

国内赛德美公司已商业化运营,采用物理拆解+材料修复的方式回收电池。首先通过全自动化的物理精确 化拆解,将动力电池中的正负极材料、隔膜、电解液、五金件等组分结构进行精细化拆分,再通过材料修复工 艺,将拆解得到的正、负极材料进行成分调整和高温固相修复后,最终生成修复后的正、负极材料粉体。据赛 德美表示,目前物理法对铁锂三元全组份回收率可以大于 90%,甚至到 95%以上。具体而言,正负极材料可以 实现极高效率回收,隔膜回收率在 95%以上,电解液也可以做到 90%左右。修复材料制造成锂离子电池后,可 组装成 PACK,应用于低速车、电动自行车、电动工具和家用储能等领域。

其他成分回收

负极回收

锂电池负极材料的种类繁多,但目前应用较多的是碳、石墨类和非石墨类碳材料。石墨负极材料回收工艺 通常采用热处理、浸出或研磨浮选的方式来回收。石墨在废旧锂电池当中所占比例(质量分数)约为 12%~21%, 这一数量十分可观。在某些不生产石墨或者石墨储量较低的国家,例如美国和部分欧洲国家,都将石墨作为一 种关键材料,回收的石墨粉通过改性后有望循环应用于电池生产中。 浮选法回收:石墨天然疏水,与亲水物质表面物理化学性质差异较大,可采用浮选方法,添加捕收剂、起 泡剂、调整剂等,将石墨与其他亲水材料分离。废锂离子电池中的 LiCoO2 则是极性强、亲水性好的离子晶体, 浮选法实现了 LiCoO2 正极和石墨负极材料的同时回收,简化了回收流程,操作简单、高效、污染小,但是该方 法回收的石墨含有较多杂质,分选得到的石墨纯度有待进一步提高。

电解液回收

电解液回收往往被忽略,经济性原因普遍被焚烧处理。目前电解液回收面临诸多挑战,如电池循环后电解 液会吸附在多孔电极上,提取和收集难度大;其次电解液挥发、易燃、有毒,加剧了回收的复杂性;再者电解 液回收工艺较复杂,小规模情况下经济效益不明显。因此,考虑成本及规模等因素,目前大多数企业仅回收高 价值的能源金属,忽略电解液的回收,在废旧电池处理过程中多将电解液燃烧或经废气净化处理后排入大气中。 电解液成分复杂,回收处于初级阶段,常用方法有冷冻法、机械法、有机溶剂萃取法和超临界回收法。电 解液主要由锂盐、有机溶剂和添加剂组成。考虑到未来废电解液量将非常巨大,从资源和环保角度出发,电解 液回收及高值化利用均迫在眉睫,但目前仍处在初级阶段,在数量和质量上均有待提高。电解液回收技术可分 为冷冻法、机械法、有机溶剂萃取法和超临界回收法。

CO2 超临界萃取法:当温度和压力达到临界状态时,CO2 具有超高的溶解能力,能够有效溶解非极性物质, 且化学性质稳定、无毒、价格低,是一种优秀的萃取剂,可将电解液从废旧的锂电池中分离,提取电解液的回 收率可以达 90%以上。 仅有少数企业开展过电解液的回收技术研发。英国 AEA 公司经低温破碎、分离钢材后,用乙腈提取电池中 的电解液,采用 N-甲基吡咯烷酮(NMP)提取黏合剂(PVDF),分选后得到 Cu、Al 和塑料,电沉积法将溶液 中的 Co 转化为 CoO。日本 OnTo 公司开发了 Eco-Bat 工艺,将电池放置在一定压力和温度的容器中,用液态二 氧化碳(CO2)溶解电池内的电解液,改变温度和压力使 CO2 气化,进而让电解液从中脱出。 大部分企业放弃电解液回收,或燃烧-净化处理。格林美将锂离子电池经过预处理、酸浸、分离提纯、重新 合成、热处理等过程,获得超细钴粉和镍粉,电解液经燃烧、净化处理后排放。比利时 Umicore 开发了独特的 Val’Eas 工艺,通过特制的熔炉采用高温冶金法处理锂离子电池并制备出 Co(OH)2/CoCl2,石墨和有机溶剂作为 燃料焚烧处理。法国 Recupyl 公司采用拆解-浸出-沉淀-净化的工艺回收铝、钴、锂等材料,放弃回收电解液。

经济性:能源金属价格上涨,凸显回收商业价值

退役动力电池回收价值分析

正极材料贡献动力电池最大价值部分。新能源汽车的成本构成中,电池占了接近一半,是最重要的成本要 素。而动力电池主要由正极、负极、隔膜以及电解液等组成,根据华经产业研究院 2021 年数据,三元动力电池 中,正极材料成本占比约 45%,隔膜占比约 18%、负极材料占比约 15%,电解液约 10%、铜箔约 8%、铝箔 4%。 2022 年随着能源金属价格的大幅上涨,汽车中电池成本占比和电池中正极材料成本占比更高。

锂镍钴等金属为退役动力电池回收最主要收益来源。电池包拆解后得到电池组,进一步拆解得到的单体电 池(电芯)。单体电池重量约占电池包总重量的 70%左右,其中价值最高的部分就是正极粉料,三元电池正极材 料一般占到单体电池总重量的 40%左右,根据电池型号不同会有一定差异。正极材料中最具回收价值的金属为 锂、钴、镍、锰,以 NCM523 电池为例,一吨正极材料中含有镍金属 304kg、钴金属 122kg、锰金属 171kg、锂 金属 72kg,锂、镍、钴金属含量高、价值量大,是退役动力电池回收最主要的收益来源。

退役动力电池回收成本拆解

电池回收成本包括原材料成本、辅料、能源动力、环境治理(三废处理)、人工成本、折旧摊销等。其中原 材料成本主要是指购置废旧电池的成本,价格随镍钴锂价格波动变化较大;辅助材料成本是指报废的动力电池 处理中所需要用到的酸、碱、有机溶剂、沉淀剂等,其种类和成本因工艺不同会有较大差别;另外天然气、电 力、水,以及人工成本也是电池回收成本的主要构成。 湿法工艺成本较高,且三元电池回收工序成本略高于磷酸铁锂。国内电池回收主要采用湿法回收工艺,因 工艺流程长、过程中需要使用的酸碱溶液、辅助原料较多,因此产生的废液也相对较多,成本相对较高。三元 电池回收金属品种多,工序、辅料种类和用量、能源动力消耗都高于磷酸铁锂,因此成本也较高。抛开电池购 买成本,处理 1 吨三元电池和处理 1 吨磷酸铁锂电池成本分别为 1.4 万元和 1.1 万元。

根据 SMM 报价,2023 年 4 月初废旧方壳磷酸铁锂电池价格约为 0.8 万元/吨,废旧 523 方形三元电池价格 约为 2.6 万元/吨;根据上表,回收 1 吨电池的成本分别约为 1.9 万元/吨和 4.0 万元/吨;回收 1 吨磷酸铁锂电池 金属产品的价值约为 2.0 万元,回收 1 吨 NCM 523 电池金属产品的价值约为 5.7 万元,磷酸铁锂回收经济性略 差,只靠回收锂仅略微盈利,其他材料回收同样重要,废旧 NCM 523 电池回收盈利约 1.7 万元,毛利率约 30%。

退役电池回收计价模式

电池标准化计价困难重重。由于不同电池规格型号差异较大,电芯、正极材料在电池中的质量比重也有较 大差异,因此金属含量存在区别,简单以废旧电池重量计价价值量出入较大。另外,行业依然比较混乱,拆解 后电池存在低价值电芯掺杂在高价值电芯中销售的情况,因此以有价元素含量进行计价更为合理。 此前锂含量少、价值低,仅以镍、钴含量计价。三元电池回收料中的有价元素主要包括镍、钴、锂、锰、 铜、铝等,在锂价大幅上涨之前,由于电池中锂的含量和价格均远低于镍和钴,因此锂的提取价值有限,电池 回收料的价值主要在镍钴,因此只对镍钴计价,计算公式为:电池回收料价格=镍钴元素价值量*折扣系数=(镍 含量*镍金属价格+钴含量*钴金属价格)*折扣系数,折扣系数多在 65%-85%,高于折扣系数、低于实际回收率 (一般为 98%以上)的部分,可以视为回收企业的处理成本+毛利润。 锂元素价值隐藏于折扣系数当中,伴随锂价上涨市场变得混乱。随着锂价不断上涨,且锂的回收率也不短 提高,电池回收锂经济性逐步凸显,因此交易双方将锂元素的价值隐含在了折扣系数中,通过提高折扣系数间 接对锂元素进行计价。随着锂价持续走高,锂已经成为电池回收最大的价值部分,推动电池回收料折扣系数持 续上涨,直至出现 200%以上的折扣,“折扣系数”已经摇身一变为“溢价系数”。

计价方式变革,镍、钴、锂逐步走向分别计价。此前锂元素隐藏在电池回收料的折扣系数中,存在较多问 题:一是折扣系数变的模糊,不易量化锂元素的回收价值;二是折扣系数奇高且对应因素模糊,部分上游粉料 厂添加难浸镍钴料,提高折扣系数,影响湿法厂回收率。因此,行业正逐步推行镍、钴、锂元素分开计价方式, 电池回收料价格=镍钴锂元素价值量*折扣系数=(镍含量*镍金属价格*镍折扣系数+钴含量*钴金属价格*钴折扣 系数+锂含量*锂金属价格*锂折扣系数),例如天奇股份正在推行新的计价体系,其中钴、镍的回收折扣系数在 80%~90%,锂在 65%~80%。市场正逐步从镍钴锂统一折扣系数走向单独报价。

“废料换原料”,成为回收企业实现稳健盈利的“杀手锏”。锂价高企背景下,除却改变计价体系外,回收 市场还在试水商业模式创新,“废料换原料”的合作模式逐步兴起,成为回收企业实现稳健盈利的“杀手锏”。 所谓废料换原料,是指回收企业以协议方式定向收取电池厂、材料厂生产过程中的废料,在提取其中的镍、钴、 锂等金属后,生产出电池级镍、钴硫酸盐及锂盐,再返还给电池厂、材料厂。在此过程中,回收企业仅收取约 定的加工费,无需承担金属价格波动带来的风险,有技术优势的企业还可以生产副产品赚取额外利润。 国内“废料换原料”模式探索不断出现。2021 年,格林美便与亿纬锂能签署了 1 万吨回收镍产品定向循环 合作备忘录;2022 年,又相继与容百科技、孚能科技、瑞浦兰钧等企业达成战略合作,约定以定向回收废料的 方式,向前述企业返还电池级产成品。光华科技与天津力神,天奇股份与泾河陕煤研究院、星恒电源也签有类 似的废料换原料协议。

电池回收盈利弹性测算

影响回收企业盈利能力的因素主要有:金属回收率、金属价格、折扣系数等。 折扣系数对单吨利润影响较为显著。锂回收率差异是各个企业技术的主要差异之一,通过弹性测算得知, 锂回收率差距 5%,对应单吨利润差异为 3600 元;折扣系数对利润的影响更大。表中橙色区域为当前市场行情 (镍钴锂合并的折扣系数 90%左右,镍价 20 万、钴价 30 万、碳酸锂 20 万)对应区间的适度扩大范围。

电池回收市场空间可达千亿

汽车动力电池退役规模将在三年后迎来高速增长期。假设新能源汽车动力电池服役年限为 5 年,其中三元 电池退役后直接回收,磷酸铁锂电池退役后部分进行梯次利用,三年后再进入回收系统。根据当前动力电池装 机量进行推测,认为 2021 年开始中国新能源汽车产销量呈“S”型曲线高速增长,因此 2026 年前后,中国退役 动力电池也将迎来高速增长期。 关键假设:1、假设 5 年后技术进步和对续航需求提升,装机量中三元占比逐步回升;2、动力三元电池 5 年退役,不参与梯次利用而直接回收;3、磷酸铁锂电池退役后按照一定比例梯次利用,2019 年磷酸铁锂电池 梯次利用率为 20%,往后每年 5%递增,当梯次利用率达到 50%时,梯次利用率不再增长;4、梯次利用三年后 电池再退役。 结论:2026 年动力电池退役量达到 155GWh,可直接回收量 127.5GWh,双双首次超过 100GWh;2030 年 动力电池可回收量达到 583.5GWh,2035 年达到 1428GWh,2022-2035 年 CAGR 达 42.9%。

电池回收金属量可极大补充供应,国内资源保障度得到提升。当前电池回收金属主要有锂、钴、镍,通过 计算,预计 2022 年可通过废旧汽车动力电池回收锂金属 0.28 万吨、钴金属 0.35 万吨、镍金属 0.87 万吨,若考 虑储能电池、两轮车、3C 电池,废旧电池回收得到的锂钴镍分别为 0.31 万吨、3.54 万吨和 0.87 万吨。预计到 2035 年,通过汽车废旧电池回收锂钴镍 12.82 万吨、10.2 万吨和 52.7 万吨,整个电池回收行业回收锂金属 15.1 万吨、钴金属 22.3 万吨、镍金属 52.7 万吨,超过当前电池行业对上述金属的需求量,国内能源金属保障率将有 极大提升,以当期最为紧张的锂估算,2035 年废旧电池行业回收得到的锂可以供超 1000 万辆新能源汽车使用。

关键假设:1、未来数年电池能量密度没有大幅提升,各类电池实际比容量如表所示;2、电池报废即回收, 不考虑库存周期;3、因三元电池不适宜中大型储能场景,因此假设储能全为磷酸铁锂;假设两轮电动车全部为 锰酸锂,假设 3C 消费电子电池均为钴酸锂电池;4、假设锂回收率保持 85%,镍钴锰回收率保持 98%;5、仅 考虑社会面的废旧电池回收,不考虑电池企业生产过程中的新废料回收情况。

爆发式增长,十年内可见千亿规模。汽车动力电池中最具价值量的应数锂,而 3C 电池以钴酸锂居多,钴 含量大、价值量高。虽然远景新能源汽车动力电池未来市场空间广阔,2035 年仅新能源汽车报废动力电池回收 锂金属价值量就可能超过千亿,但短期看 3C 电子、两轮车等赛道电池钴的回收价值量更高。因此电池回收短期 依赖 3C 电池,中长期看新能源汽车报废动力电池潜力。 关键假设:1、锂价格假设:碳酸锂 2023-2025 年碳酸锂均价分别为 30/20/15 万元/吨,2026 年之后均价 15 万元/吨,锂金属与碳酸锂折算系数为 5.32;2、钴价格假设:长期均价 35 万元/吨;3、镍价格假设:2023-2024 年均价 20/15 万元/吨,此后长期均价 10 万元/吨;4、锰价格假设:稳定于 1.5 万元/吨。

回收渠道:群雄逐鹿中原,得渠道者得天下

上下游单向传导的产业链条转向行业交叉的产业网络

材料回收企业多、梯次利用企业少,电池回收渠道多样。动力电池回收产业链上参与者众多,包括电池生 产商、汽车整车生产商、消费者、电池回收渠道、电池拆解/回收企业等,需要各方协同合作,电池回收的核心 环节是回收渠道、梯次利用、电池拆解和材料回收,其中退役电池的来源渠道多样、广泛,从事材料再生回收 的企业较多、梯次利用的企业较少。

产业链内部深化合作,各环节不同形式、不同程度向电池回收利用环节延伸。上游资源企业、金属冶炼企 业、电池材料生产、电池制造、新能源汽车整车制造厂等,逐步从传统的上下游关系逐步转为内部合作深化, 产业链从传统单一上下游方式向产业交叉、生态网络方向转变,动力电池产业正逐步形成全产业链覆盖,资源、 电池、汽车、回收多环节交叉的产业网络。 金属冶炼、电池制造企业:基于矿山资源和电池材料回收技术的同源性,向下游布局电池回收产业,拓展 城市矿山; 电池、整车厂:基于原料需求和供应稳定,向上游布局金属冶炼、矿山资源,同步向下游布局电池回收构 建城市矿山原料渠道; 整车厂、渠道商:基于其自身渠道优势,开拓上下游合作,逐步延伸产业链覆盖,构建电池回收-再生循环 体系。 电池回收企业:作为锂电产业后周期环节,未来随着报废量大幅增加而大幅提高在产业链中的话语权,电 池回收企业也逐步延伸产业链覆盖,或寻求上下游合作,尝试形成从电池生产到电池再制造的闭环。

国内现状:多重回收模式并存,技术为王、产业联盟模式或是正解

目前新废料多,旧废料少,回收渠道差异大。国内废旧动力电池的主要来源有四种:新能源汽车电池制造 过程中产生的新废料、汽车维修中更换下的废旧电池、整车报废产生的废旧电池、梯次利用后再次报废的电池。 这四种废旧电池回收的渠道差别较大,其中以新电池制造过程中产生的废料回收渠道最为规范和健全,不经过 消费者直接进入回收环节,后三种属于社会面废旧电池,回收渠道较为多样,也存在一些不规范的现象。现阶 段,我国废旧动力电池回收,主要是生产中产生的新废料,真正完成电池寿命从汽车上退役的电池还比较少。 建立在回收技术基础上的回收渠道是核心之一,渠道决定企业未来规模潜力、经济效益,技术水平决定的 高回收率是最为重要的发展决定因素,。当前国内退役动力电池数量并不多,处理产能相对充裕,换而言之,电 池回收企业“吃不饱”,有充足退役动力电池稳定供应,在对渠道竞争日趋激烈的当下,保障业务规模、稳定扩 大生产、最大化经济效益。根据回收主体不同,国内目前主流的动力电池回收商业模式分为三种: ①第三方回收网络,包括独立回收企业、贸易商,也包括电池回收处理企业建立回收网络; ②电池生产厂为责任主体的回收渠道,渠道包括自建回收点、电池租赁等; ③以整车厂为责任主体的回收网络,回收渠道囊括 4S 店、自营废电池回收点等。

第三方回收:具有技术优势,回收渠道为短板

以资源再生企业为主导,业务集中于拆解-处理-再生环节。第三方回收模式,一般以资源再生利用企业为 主导,主业集中于拆解、处理、再利用环节,也有企业无拆解环节仅有金属回收环节,以外购“黑粉”为原料, 这类企业的特点是在资源回收领域经验丰富、危废处理资质完备,可以很好完成电池拆解及资源再生工序,并 生产高质量产品。

电池企业回收:业务闭环优势,可与梯次利用模式协同发展

形成资源闭环,利于电池成本下降。以电池企业为主体的回收模式,在正向上可以向整车厂、汽车经销商、 汽车维修厂、电池租赁公司提供动力电池,在逆向上再从上述渠道回收废旧电池,回收效率高,另外,电池生 产过程中也会产生报废电池。电池企业回收废旧电池,将锂钴镍等金属材料返回电池环节生产,形成“电池生 产-电池销售-电池回收-资源再生-电池生产”的产业链闭环,在锂电材料供应紧张,价格日益高涨的今天,可以 稳定自身原料供应,提高自身对上游原料的议价能力,有效降低电池生产成本。 产业链上下协同较多,构建电池梯次利用和材料回收两种路径协同有独到优势。退役动力电池梯次利用对 技术要求较高,电池生产企业在废旧电池余能检测、充放电技术、包装技术等更专业,并且也具备一定的销售 网络优势;梯次利用电池二次报废以后再返回电池企业回收,很好的解决了当前梯次利用模式的诸多难点,在 梯次利用和电池回收结合上最有优势。

汽车厂回收:先天渠道优势,效率最为突出

最大优势在于渠道,依托现有销售服务网点。汽车生产商回收退役动力电池渠道包括汽车经销商、4S 店等, 这也是最直接连接消费者、和消费者关系最为亲密的一个环节,汽车动力电池安全性要求高,因此消费者更倾 向于原厂和 4S 电的维修和替换,因此在退役动力电池回收网络建设方面,汽车生产商依托其自身庞大的销售和 服务网络体系建立电池回收点,且此类回收网络体系建立在正向供应链之上,渠道建设成本低、效率高,具有 更好的协调性。 技术最为薄弱,缺乏盈利环节,需补齐资源再生环节。整车厂最大优势在于渠道,但技术环节最为薄弱, 对电池回收检测等技术水平不及电池生产企业,更面临拆解-资源回收-资源再生技术的缺乏,因此整车厂必须配 合资源再生回收企业完成后续环节,或并购、合资成立资源再生企业。如此一来,整车厂电池材料保供诉求不 及电池厂强烈,也难以从电池回收再生环节稳定盈利,价差赚取的利润规模偏小,对整车厂吸引力不够。国内 代表企业如北汽蓝谷,通过子公司北汽新能源参投了赣州豪鹏、蓝谷智慧与北汽鹏龙。

联合回收模式:生产者责任延伸制为基础的产业联盟

单一模式各有千秋,产业结盟、优势互补才是正解。电池回收各个主体具有各自的差异化优势,其中以第 三方企业的回收模式参与者最多,资源回收专业性强,但渠道为建设是劣势;电池企业产业协同好,可以形成 资源闭环,但一般需要配合资源再生企业;整车厂渠道优势最大,渠道成本低效率高,正向物流处于核心地位, 但电池回收技术并不具备。因此,单一回收模式可能会在渠道、技术、资金等方面存着一些问题,并且面临来 自非正规渠道对正规渠道的挤压,唯有多方合作形成产业联盟、优势互补才是正道。

以汽车厂为核心的产业联盟回收模式逐步形成,政策驱动,也是产业驱动。产业联盟模式是由行业上下游 成员组成的联盟作为废旧电池回收主体,也是由效率、经济、秩序、产业闭环推动形成的上下游产业协同模式, 解决了单一主体难以全产业链完美覆盖的问题,渠道协同、技术协同、产品协同,有效减少市场的恶意竞争, 挤出灰色回收产业链生产空间,净化产业格局,同时也有利于提高产业链效率、各环节降本增效。在政策上, 我国政策大力推行以生产者为回收网络主体的商业模式,要求汽车生产企业承担动力蓄电池回收的主体责任, 引导汽车生产、动力电池生产、综合利用等企业加强合作,通过多种形式形成跨行业联合共后体,建立有效的 市场化机制,也可以与有关企业合作共建、共用回收渠道。

国外经验,他山之石可以攻玉

海外发达国家经过多年发展,再生资源的蓄积量已经较为充裕,因此建立了相对完备的再生资源回收相关 政策及立法配套,摸索出一套适合本国国情的动力电池回收体系。

日本:电池生产商为电池回收利用承担主体

层次分明、健全且循序渐进的循环经济立法体系,是日本退役电池回收的基础。日本从三个层面着手搭建 了较为健全的电池回收法律体系。第一层指基本法,即《促进建立循环型社会基本法》;第二层指综合性法律, 包括《固体废弃物管理和公共清洁法》、《资源有效利用促进法》、《资源回收利用法》、《再生资源法》等;第三 层指专门法层面,包括根据产品性质制定的专门法规,包括《汽车再循环法》,动力电池的循环利用是重点。日 本政府还制定了循环型社会基本制度,包括生产者责任延伸制度、环境报告制度等以促进废弃物回收方面经济 的发展,且对生产、消费和废弃物处理等实施全方位全过程的监管监控。 回收体系以企业为主导,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。日本政 府早在 1994 年已开始推行回收计划,相关汽车生产企业在新能源汽车产品上市时便同步启动电池回收利用项目。 自 2000 年起,日本政府开始倡导“蓄电池生产-销售-回收-再生处理”的回收体系,明确了电池生产商为电池回 收利用的责任承担主体。2004 年日本两大中央省厅共同授权的日本电池回收中心(JBRC)旨在全面推进废旧充 电电池材料回收利用。

美国:生产者责任延伸+消费者押金制度

建立了从联邦、州和地方三个层面构建了较为完备的电池回收利用法律体系。上层是兼具纲领性和可操作 性的《国家环境政策法》,下层分为“污染控制”和“资源保护”两大法律体系,包括固体废弃物管理方面出台 的法规、条例,如《资源保护与回收利用法》、《危险废物管理条例》、《固体废物处理法》等;州政府层面,美 国多州均出台了相关的回收法,三个层次的法律相互补充、相互规范。 严格的生产者责任制度和消费者押金制度,全部参与者行为均有明确规定。美国历来相当重视环境管理方 面的工作,已经具备比较完善的废旧动力电池回收体系。美国动力电池回收主要实施生产者责任制度和消费者 押金制度,其中押金制度由电池协会进行制定。 电池生产企业:为保证废旧电池全生命周期的管理和高效利用,生产电池时需建立统一编码标识,回收时 通过借助电池销售渠道进行回收;

市场化的资金支持,解决效率及经济性难题。资金上,建立专项基金支持产品的报废回收,采取附加环境 费的方式;消费者购买电池时收取一定数额的手续费以作为电池生产企业的一部分回收资金;电池生产企业也 出资一部分回收费,作为产品报废回收的资金支持;同时废旧电池回收企业以协议价将提纯的原材料卖给电池 生产企业,此种模式既能让电池生产企业很好的履行相关责任义务,在一定程度上又保证了旧电池回收企业的 利润,成功解决废旧电池回收效率低和回收经济性差等前端难题。 美国模式离不开法律的规范和严厉的监管。其商业模式也比较成熟,以市场调节为主,政府约束管理为辅, 多样式的回收渠道丰富了回收网络,各主体充分利用市场机制进行运作以获得最大利润。

德国:电池生产者承担主要责任+依靠基金会辅助

德国是废旧电池回收先驱,政府是整体回收的核心。德国的循环经济的法律法规同样以生产者责任延伸制 度为原则,动力电池回收模式中,政府是整体回收的核心,政府立法,从源头上进行回收制定,明确生产链上 各环节的责任,强调各生产商消费者、政府在利用资源和环境保护中应有的责任和义务。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组织电池回收工作,必须向消费者介绍免费回收电池的 地点,而终端消费者有义务将废旧电池交付给指定回收网络,此外德国赋予管理机构广泛的责任,对各回收系 统进行检查监督。 建立基金和押金机制进行动力电池的回收。德国电池回收机制的成功建立,除了政府对电池生产者的严厉 监管外,还离不开基金会的辅助共享。德国乃至欧洲最大的回收协会是由德国电池制造商协会和电子电器制造 商协会联合成立的共同回收系统(GRS)基金,该组织通过建立多于 17 万个回收点,包括 14 万个零售点,加 入基金的成员企业包括电池生产商和销售商,总数达 3500 余家,覆盖了德国电池市场 80%的产销量。电池企业 按其电池的市场份额、重量与类型向基金缴纳服务费,共享基金会的回收网络,GRS 基金依靠电池企业缴纳的 服务费维持运转。

竞争力:渠道、技术、资质、规模

行业现状:诸侯混战,面临挑战。尽管国内电池回收利用产业已经有来自政策和市场层面的双重力量助推, 但整体而言依然发展缓慢,行业实际发展情况与预期差距甚远,电池回收行业政策约束力不足、监督体制尚未 建立、回收网络有待健全、商业模式有待创新、技术仍有突破空间、市场有待规范、产业有待整合,因此产业 整体还处于初级发展阶段。电池回收竞争激烈,新的模式逐步形成,未来恐行业大洗牌,唯有拥有渠道、技术、 资质、规模等优势,才能立于不败之地。

渠道:发展的先决条件

回收渠道的差异将直接决定商业模式的优劣。电池回收是动力电池再利用的核心环节,回收渠道的稳定性 不仅会对电池回收企业的回收成本产生明显影响,还决定了企业后续再利用环节的业务量规模。 渠道网络建设不完善,劣币驱逐良币。国内电池回收网络尚未完善,较多废旧动力锂电池无法高效地流入 专业回收处理企业中,而小作坊企业依靠低环保成本投入、低社会责任投入带来的低成本优势,高价竞得废旧 电池,非正规企业废旧电池获取能力强,导致行业乱象丛生,正规企业难以获得充足的废旧电池原料保障。 全国 1.4 万多个回收网点,汽车企业建立网点占绝大多数。根据工信部新能源汽车动力蓄电池回收服务网 点信息统计,截至 2022 年 12 月 31 日,工信部认定的新能源汽车动力蓄电池回收服务网点共有 14435 个。其中 大概可以分为三类,一是汽车企业的官方回收渠道,一般为品牌 4S 店和部分经销平台的合作网点,二是汽车企 业下属或者专业的拆车公司,三是具备《再生资源经营许可证》、《危险品道路运输许可证》等各种资质的新能 源企业。上述 1.4 万多个废旧电池回收网点中,由汽车企业布局的渠道有约 1.3 万,占绝大多数,而非汽车企业, 包括各类再生企业、回收企业等建立的回收服务网点仅一千多个。

汽车新势力电池回收网点布局暂时较少,传统汽车大厂优势突出。汽车企业回收渠道中,吉利(含其子品 牌、合资品牌)回收服务网点最多,其次是上汽、一汽,数量均超过了 1000 个,网点在 500 个以上的企业还有 宇通、金龙、广汽、东风、北汽(含子品牌、合资品牌),排名前十的企业总回收点数量超过 9 千个,集中度高。 新势力汽车厂的电池回收网点数量少,如特斯拉(56 个)、比亚迪(40 个)、小鹏(54 个)、理想(38 个)、蔚 来(105 个)等,回收网点布局远不及传统汽车企业,这与传统老牌车企销售网络布局更为完善有关。 汽车企业回收渠道中绝大部为自有渠道,少部分为合作共建。汽车企业布局的回收服务网点建设主要为自 建(汽车生产企业依托现有售后服务机构进行升级改造)和共建(与动力电池生产企业、综合利用企业、其他 企业合作共建)模式。据中汽数据中心回收利用部统计,依托售后服务网络建设为主流,占比超过 98%,共建 回收网络不足 2%,合作共建空间巨大。

技术:企业持续发展的生命力,高回收率是最为核心的要素

技术是梯次利用模式的难题之一。电池组的一致性问题尚没有高效、彻底和经济的解决方案和技术,使得 梯次利用电池组的运行安全性远低于原电池组,且梯次利用的安全、循环寿命和再利用价值无法得到保证。如 不解决动力电池梯次利用过程中的技术问题,梯次利用也无从谈起。另外,梯次利用存在商业模式相对单一、 使用规模有限、运行效率不高等问题,如何降低成本,实现多场景使用,有待进一步挖掘。

技术路径导致经济性差异。电池回收企业技术工艺路径参差不齐、差异较大,比如湿法冶炼中浸出剂、萃 取剂的选择,各种产品是否回收,以及回收顺序等。大部分企业并不回收负极、电解液,重点回收锂钴镍金属, 根据工艺不同,有预先提锂工艺也有提钴镍后再提锂工艺,价值量高的锂回收率会存在差异,导致经济性差距。 锂的回收率是体现回收企业核心竞争力要素之一,也直接决定了回收企业的盈利能力。工业和信息化部发布的 《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件(2019 年本)》规定,再生锂、镍、钴的回收率不得低于 85%、98.5%、98.5%。

资质:白名单或将成为未来行业准入,电池回收或成为“牌照业务”

当前行业乱象:野蛮生长,参与企业数量众多。行业处在野蛮生长期,企查查数据显示,截至 2022 年 10 月底,国内电池回收现存企业超 7 万家,其中 2021 年、2022 年新增数量分别为 2.5 万家、3.5 万家,占比超八 成。入局者越来越多,但大多是没有认证、技术的小企业。企业数量激增,资源方待价而沽,价高者得,正规 的动力电池回收企业的规范投入,环保投入占不少成本,而非规范企业,小作坊在这方面几乎零投入,可以更 高价格买走电池造成行业的不公平竞争。在如此不对称的竞争下,不少退役电池流入非正规渠道,非规范企业 挤压正规企业空间。

规模:未来洗牌或能胜出

产能相对分散,电池回收行业规模效应尚且不突出。国内电池回收处理产能远高于回收规模,且报废电池 的回收大部分被非正规企业分流分散,正规企业已建成产能严重“吃不饱”,造成产能利用率低、实际利用产能 更加分散,当前规模超过 10 万吨的企业仅有格林美和邦普循环,行业格局较为分散,行业规模效应不突出。未 来随着行业规范,废旧电池回流正规企业,随着社会面电池报废量急剧增加,企业的规模效应会逐步凸显。

行业仍在积极扩张,产能过剩持续,或加快行业洗牌期来临。在废旧动力电池供应方面,根据中国汽车技 术研究中心数据,2021 年国内累计退役动力电池超过 32 万吨,2025 年有望增至 78 万吨;但在处理产能方面, 据不完全统计,截至 2022 年,不包括小作法企业情况下,国内有废旧动力电池回收产能已经超过 70 万吨/年, 尚有在建及规划产能接近 300 万吨/年,产能闲置较多。未来随着新能源汽车报废潮来临,废旧电池量会急剧增 加,但处理产能也在高速扩张,处理产能过剩局面或短期难以化解,会加速行业洗牌期的来临。行业洗牌期, 或唯有渠道优势、技术优势、规模优势企业才能胜出,优胜劣汰重塑行业格局。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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