鋰電回收最全面分析：下一個風(fēng)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(jìn)入規(guī)模化退役階段，2020年，鋰電回收市場規(guī)模預(yù)計將達(dá)到150億，年均復(fù)合上升率超過50％，將成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈下一個風(fēng)口。
1．七部委聯(lián)合公布回收政策
2018年三月二日，工業(yè)和信息化部、科技部、環(huán)境保護(hù)部、交通運輸部、商務(wù)部、質(zhì)檢總局、能源局聯(lián)合公布《有關(guān)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(gòu)建回收利用體系，探索多樣化商業(yè)模式，鼓勵產(chǎn)業(yè)鏈上下游公司進(jìn)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(biāo)，建立穩(wěn)定的商業(yè)運營模式，推動形成動力蓄電池梯次利用規(guī)模化市場。
2．市場規(guī)模：2020年預(yù)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(jìn)入規(guī)模化退役，預(yù)計到2022年累計將超過40萬噸，復(fù)合上升率70％。
預(yù)計未來三年鋰電池回收市場將呈現(xiàn)快速上升態(tài)勢，至2020年市場規(guī)模有望超過156億元，年復(fù)合上升率41％。
3．2017年我國鋰電回收8．3萬噸
GGII統(tǒng)計，2017年全國梯次利用和拆解報廢的鋰電池（含數(shù)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(dān)電池安全風(fēng)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(shù)還不成熟，要不斷進(jìn)行技術(shù)積累；
儲能市場、再利用市場空間還未大規(guī)模釋放。
技術(shù)多樣
4．技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系
為提高動力鋰電池回收的經(jīng)濟性，國家在《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》中規(guī)定，濕法冶煉條件下，鎳、鈷、錳的綜合回收率應(yīng)不低于98％；火法冶煉條件下，鎳、稀土的綜合回收率應(yīng)不低于97％。
國內(nèi)領(lǐng)先的鋰電回收公司邦普集團，重要采用濕法技術(shù)，在鎳、鈷、錳的綜合回收率已接近或達(dá)到了《規(guī)范條件》的要求。
動力鋰電池回收過程中出現(xiàn)的二次污染是公司面對的巨大挑戰(zhàn)，回收過程中使用的萃取劑，回收過程中出現(xiàn)的廢氣以及金屬提煉后的殘渣都會對環(huán)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(jìn)行混合、焙燒、壓型成環(huán)保磚，最大限度地對資源循環(huán)利用；同時，格林美在液體污染物處理及水生態(tài)修復(fù)方面成果明顯，具有一套完整的環(huán)境生態(tài)修復(fù)體系。
目前僅對廢舊鋰電池進(jìn)行回收，尚未有相關(guān)的資質(zhì)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(jìn)行進(jìn)一步處理，則需具備危險廢物經(jīng)營許可證。
5．磷酸鐵鋰電池適宜梯次利用
根據(jù)鋰電池容量來區(qū)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(jìn)行報廢回收。
相較三元電池，磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命更長，80％循環(huán)壽命可達(dá)2000－6000次，CATL曾分別在25℃、45℃、60℃的溫度下進(jìn)行實驗，綜合考慮儲能設(shè)備的使用條件，退役后的動力鋰電池可繼續(xù)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?qū)崿F(xiàn)每噸大約0．93萬元的經(jīng)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(fā)揮其剩余價值，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟最大化，降低儲能系統(tǒng)的建設(shè)成本。
6．梯次利用關(guān)鍵技術(shù)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(yù)計能夠梯級利用比例可達(dá)60％－70％。
第二是組串式應(yīng)用。煦達(dá)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(tǒng)。
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(dá)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(guān)鍵技術(shù)在于離散整合和全生命周期追溯
離散整合技術(shù)重要包括動力鋰電池組拆解和系統(tǒng)集成兩個關(guān)鍵技術(shù)點，而電池全生命周期追溯技術(shù)的實現(xiàn)重要依托其BMS的技術(shù)成熟度。
（1）離散整合技術(shù)：不同動力鋰電池的PACK技術(shù)不同，因此，如何更為高效地進(jìn)行自動化拆解成為有效梯次利用的關(guān)鍵技術(shù)點，而根據(jù)不同電池模組的性能、壽命等數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)集成，也是梯次利用的關(guān)鍵技術(shù)點。
（2）全生命周期追溯技術(shù)：通過BMS系統(tǒng)供應(yīng)的精確SOC、SOH以及SOP等指標(biāo)估算，可以及時退役用量達(dá)到80％容量的動力鋰電池，同時該技術(shù)也是離散整合技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)。
以電池編碼為信息載體，構(gòu)建"新能源汽車國家監(jiān)測和動力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺"，實現(xiàn)動力蓄電池來源可查、去向可追、節(jié)點可控、責(zé)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(shè)計、生產(chǎn)、銷售、使用、維修、報廢、回收、利用等產(chǎn)業(yè)鏈上下游各環(huán)節(jié)，明確相關(guān)公司履行動力蓄電池回收利用相應(yīng)責(zé)任，保障動力蓄電池的有效利用和環(huán)保處置，構(gòu)建閉環(huán)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(huán)壽命僅為800－2000次，且安全性存在一定風(fēng)險，不適宜用于儲能電站、通信基站后備電源等應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜的梯次利用領(lǐng)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(xiàn)每噸大約4．29萬元的經(jīng)濟收益，具備經(jīng)濟可行性。
以硫酸鎳的生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)開發(fā)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(qū)體生產(chǎn)量力的專業(yè)化處理公司盈利能力更強
動力鋰電池回收生產(chǎn)出來的硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳等金屬鹽，可繼續(xù)加工處理生產(chǎn)出三元前驅(qū)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(yù)處理和后續(xù)處理兩個階段
預(yù)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(fù)極、正極、隔膜和電解液組成。負(fù)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(fù)極的表面，為LiPF6的有機碳酸酯溶液。
后續(xù)處理環(huán)節(jié)是對拆解后的各類廢料中的高價值組分進(jìn)行回收，開展電池材料再造或修復(fù)，技術(shù)方法可分為三大類：干法回收技術(shù)、濕法回收技術(shù)和生物回收技術(shù)。
干法回收技術(shù)是指不通過溶液等媒介，直接實現(xiàn)各類電池材料或有價金屬的回收技術(shù)方法，重要包括機械分選法和高溫分熱解法。
干法熱修復(fù)技術(shù)可對干法回收得到的粗產(chǎn)品進(jìn)行高溫?zé)嵝迯?fù)，但產(chǎn)出的正、負(fù)極材料含有一定雜質(zhì)，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(jié)劑，同時使其中的金屬及其化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，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(xué)方法等進(jìn)行回收。火法冶金對原料的組分要求不高，適合大規(guī)模處理較復(fù)雜的電池，但燃燒必定會出現(xiàn)部分廢氣污染環(huán)境，且高溫處理對設(shè)備的要求也較高，同時還要新增凈化回收設(shè)備等，處理成本較高。
濕法回收技術(shù)是以各種酸堿性溶液為轉(zhuǎn)移媒介，將金屬離子從電極材料中轉(zhuǎn)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(xué)萃取以及離子交換等三種方法。
濕法回收技術(shù)工藝相比較較復(fù)雜，但該技術(shù)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(chǎn)品，高純度能夠達(dá)到生產(chǎn)動力鋰電池材料的品質(zhì)要求，適合三元電池，也是國內(nèi)外技術(shù)領(lǐng)先回收公司所采用的重要回收方法。
生物回收技術(shù)重要是利用微生物浸出，將體系的有用組分轉(zhuǎn)化為可溶化合物并選擇性地溶解出來，實現(xiàn)目標(biāo)組分和雜質(zhì)組分分離，最終回收鋰、鈷、鎳等有價金屬。目前生物回收技術(shù)尚未成熟，如高效菌種的培養(yǎng)、培養(yǎng)周期過長、浸出條件的控制等關(guān)鍵問題仍有待解決。
當(dāng)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(yè)化處理階段的主流技術(shù)路線；格林美、邦普集團等國內(nèi)領(lǐng)先公司，以及AEA、IME等國際龍頭公司，大多采用了濕法技術(shù)路線作為鋰、鈷、鎳等有價金屬資源回收的重要技術(shù)。
濕法技術(shù)進(jìn)行有價金屬回收后再造得到的正極材料，其比容量這一關(guān)鍵性能指標(biāo)均優(yōu)于干法技術(shù)修復(fù)后得到的正極材料。
運營模式
9．國外運營模式
美國：生產(chǎn)者責(zé)任延伸＋消費者押金制度
針對廢舊電池立法涉及聯(lián)邦，州及地方3個層面，分別頒布《資源保護(hù)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(chǎn)、收集、運輸和貯存等過程提出技術(shù)規(guī)范。
借鑒相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗：借鑒美國有關(guān)電池回收的成功，良好的回收和運作一定離不開法律的規(guī)范，有關(guān)我國來講，制定電池回收相關(guān)方法和嚴(yán)厲的監(jiān)管，才是促進(jìn)動力鋰電池回收的當(dāng)務(wù)之急。
德國：電池生產(chǎn)者承擔(dān)重要責(zé)任
1998年德國成立共同回收系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)。
借鑒相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗：有關(guān)我國來說，依靠基金會輔助不太實際，生產(chǎn)者承擔(dān)重要責(zé)任似乎更加符合我國國情。畢竟電池生產(chǎn)者有關(guān)電池的拆解、再利用更加專業(yè)。
日本：國家立法，并對電池生產(chǎn)公司進(jìn)行補助
借鑒相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗：從日企的成功相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗可以看出，新能源汽車的電池回收體系應(yīng)該在車輛生產(chǎn)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(jié)能環(huán)保，反而會成為車企和影響人們生活的能源負(fù)擔(dān)。
10．豐田回收模式
1）進(jìn)入維修體系：對電池進(jìn)行充放電試驗和相關(guān)信息的讀取，如電池整體狀況良好，只是個別單體到達(dá)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(yīng)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(guī)定容量，則可以進(jìn)行梯次利用，應(yīng)用于分布式儲能電池系統(tǒng)，用來平抑、穩(wěn)定風(fēng)能、太陽能等間歇式可再生能量發(fā)電的輸出功率；或者應(yīng)用于微電網(wǎng)，實行削峰填谷，減輕用電負(fù)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(shè)施儲能供電，重新設(shè)計了儲能電池管理系統(tǒng)，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(guān)完全喪失再利用價值的電池，則對電池進(jìn)行拆解和化學(xué)處理，完全回收鎳、鈷等金屬，用于生產(chǎn)新的電池，實現(xiàn)循環(huán)利用。
2011年，豐田在日本和住友金屬合作，實現(xiàn)鎳的多次利用，能夠回收電池組中50％的鎳。豐田化學(xué)工程和住友金屬礦山為此配置了每年可回收相當(dāng)于1萬輛混合動力車電池用量的專用生產(chǎn)線。
2012年，本田和日本重化學(xué)工業(yè)公司合作配置了類似的生產(chǎn)線，這條生產(chǎn)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(chǎn)者責(zé)任延伸制度
汽車動力鋰電池的回收主體分為汽車生產(chǎn)公司、電池生產(chǎn)公司和第三方回收利用資源再生公司，汽車生產(chǎn)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(yè)模式：回收網(wǎng)絡(luò)＋專業(yè)化處理
通過積極和國內(nèi)動力鋰電池廠商和整車廠商建立深度合作關(guān)系，專業(yè)第三方回收公司正逐步建立起較為完善的回收網(wǎng)絡(luò)，如豪鵬科技和北汽新能源共建回收網(wǎng)絡(luò)，超威集團成立子公司長興億威專注于回收網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。
鋰電池回收領(lǐng)域的"回收網(wǎng)絡(luò)＋專業(yè)化處理"的框架性商業(yè)模式已初具雛形，并在動力鋰電池生產(chǎn)者及專業(yè)第三方回收公司等多方的推動下不斷優(yōu)化。
13．梯次利用經(jīng)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(jù)我國電池聯(lián)盟的數(shù)據(jù)，以一個3MW＊3h的儲能系統(tǒng)為例，在考慮投資成本、運營費用、充電成本、財務(wù)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(tǒng)電池，則系統(tǒng)的全生命周期成本在1．29元／kWh。而采用新生產(chǎn)的鋰電池作為儲能系統(tǒng)的電池，則系統(tǒng)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(jù)《我國能源報》2017年九月十八日的披露，煦達(dá)動力鋰電池梯級利用溧陽項目儲能系統(tǒng)容量1．1MWh，單位系統(tǒng)成本約為1元／Wh；根據(jù)項目報道采樣的兩個日期樣本九月五日和九月六日數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)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(shè)：
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(jù)應(yīng)用場景，我們合理假設(shè)儲能系統(tǒng)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(jù)磷酸鐵鋰循環(huán)相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗曲線，假設(shè)項目運營周期10年，其間退役動力鋰電池總?cè)萘克p20％，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(tǒng)維護(hù)費用取年均0．15萬元；
6）儲能項目考慮享受稅收優(yōu)惠，本次測算取所得稅率為10％；靜態(tài)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(xiàn)金流在第6年成為正值，即靜態(tài)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(nèi)部收益率為9．86％。
投資并購
14．我國鐵塔聯(lián)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(zhàn)略合作伙伴協(xié)議簽約儀式。
鐵塔公司是由我國電信、我國移動、我國聯(lián)通共同出資設(shè)立的大型通信基礎(chǔ)設(shè)施綜合服務(wù)公司，重要從事通信鐵塔等基站配套設(shè)施和室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)、維護(hù)以及運營工作，是目前全球最大的通信基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)公司。
我國鐵塔公司目前已在12個省市建設(shè)了3000多個試驗基站，取得了較好效果。
15．上汽CATL聯(lián)手卡位動力鋰電池回收
2018年三月，上汽集團和CATL簽署戰(zhàn)略合作諒解備忘錄，探討共同推進(jìn)新能源汽車動力鋰電池回收再利用。
CATL在拆解回收領(lǐng)域，已經(jīng)形成了以湖南邦普為主體的業(yè)務(wù)板塊，無論是技術(shù)、商業(yè)模式都初具成熟，成為CATL三大核心業(yè)務(wù)之一。
2017年，CATL該板塊業(yè)務(wù)進(jìn)營收達(dá)24．7億元，業(yè)務(wù)占比達(dá)12．9％。
16．投資并購
除了邦普循環(huán)、贛州豪鵬兩大回收領(lǐng)軍公司相繼被CATL、廈門鎢業(yè)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(chuàng)、恒創(chuàng)睿能、金泰閣、乾泰技術(shù)等第三方電池回收公司收入囊中。
作者：史晨星
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