锂电池的葬礼
废旧电池是一种污染性很强的垃圾。

(本文转载自放大灯)



明明并不是什么新鲜东西,为什么在这两年,建立动力电池回收系统突然成了一件迫在眉睫的事情?


当然是因为新能源车爆发了。


数据显示,2015年至到2020年,我国全年动力电池装机量从16GWh增长至63.6GWh,年复合增长率超过50%。


中国汽车技术研究中心数据显示,2020年国内累计退役的动力电池超过20万吨(约25GWh),市场规模达到100亿元[1]。


然而,我们看到的只不过是潮头而已。


考虑到动力电池的平均4-6年的有效寿命以及5-8年的使用年限,结合2014年开始的电动车快速普及,2021年底,我们才将迎来第一批退役高峰。


可彼时的新能源车交付量和近年一比,不值一提。截至2020年底,我国新能源汽车保有量达492万辆,其中纯电动汽车保有量400万辆,新能源汽车增量连续3年超过100万辆,而截止2021年十月份,国内当期的新能源车零售就已经超过213万辆 [2]。


急速增长的新能源车市场,意味着动力电池批量退役的巨大压力。据预计,2025年我国退役动力电池将接近80万吨[3]。


这已是不可等闲视之的数字,若不能得到恰当处置,如此巨量的退役电池既是对资源的浪费,也对环境危害甚大。


显然,如何搭建一个完善的动力电池回收链条,已经引起了市场的广泛关注。放大灯将通过本文,一解行业发展现状,以及背后的种种困境。



01

为什么要回收动力电池?


促进动力电池回收产业发展的主要是两大因素:对环境保护的需求,以及贵金属回收的经济性。


众所周知,废旧电池是一种污染性很强的垃圾。尤其是体积巨大的动力电池,其包含大量重金属、电解质、溶剂及各类有机物辅料,集多种毒性很强的污染物于一身,不恰当的处置会严重污染土壤与水源,亦会产生有毒气体排放。


所以,简单的填埋或是焚烧,都不适合用来处理退役的动力电池——而且这也也是对资源的浪费。


首先,虽说叫“退役”动力电池,但并不是说这些电池性能已经接近报废。一般来说,当动力电池的容量衰减至额定容量的约80%~70%以下时,就不再适用于电动汽车,但80%~20%这一区间,动力电池的性能仍然可以满足很多设备的能源需要,仅当容量下降至20%后才需强制报废,这也被称作电池的能量价值再挖掘。


除了能量价值外,动力电池同样具有材料再生价值。


以目前最主流的两大电池路线之一的三元电池为例,其使用的钴金属,是一种十分稀有的金属元素,地壳含量低,分布却十分集中,还主要分布于生产力偏落后的非洲地区,且钴矿长期受困于产能不稳定,时常受到各种外部因素,如当地政局的干扰。


这就导致钴价格不涨则已,一涨那就是直接奔着要供应链命去,故得了个“钴奶奶”的外号。


正是由于钴的价格,才导致目前很多车企选择使用811三元电池(镍钴锰比例8:1:1),甚至是无钴电池(如特斯拉),或是惹不起躲得起,直接转型磷酸铁锂电池。




随着越来越多的车企宣布完全放弃传统内燃机汽车并转型电动汽车,以及众多国家为实现碳排放目标而制定的2050年实现汽车电动化或禁止传统内燃机汽车的时间表,同样可能推动本不算稀有金属的镍、锂等金属元素价格维持在高位震荡,建立一个成熟的回收体系对缓解当前和未来供应链问题也有积极意义。



02

两条再利用路线


总的来说,用两个更常见的词描述动力电池的再利用方向,就是“拆解回收”与“梯次利用”。


虽说两者相差甚远,但对动力电池回收产业而言,它们是典型的互补关系而非互斥。


2017年2月,国家出台的《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》提到,鼓励电池生产企业与综合利用企业合作,在保证安全可控前提下,按照先梯次利用后再生利用原则,对废旧动力蓄电池开展多层次、多用途的合理利用。


所以最为理想的动力电池回收业,是将退役的动力电池寻找其他应用场景继续服役,彻底用不了后再拆解回收其中有价值的金属元素。


图丨万联证券[4]


然而受多方面影响,现阶段的拆解回收路线要远比梯次利用路线更为成熟,现实往往是退役电池直接报废而不进行任何再利用,个中缘由我们将在后文详述。


1. 拆解回收


现阶段,拆解回收有两种主流处理工艺:火法回收和湿法回收。


火法回收,又称焚烧法或干法冶金,是通过高温焚烧去除电极材料中的有机粘结剂,同时使其中的金属及其化合物发生氧化还原反应,以冷凝的形式回收低沸点的金属及其化合物,对炉渣中的金属采用筛分、热解、磁选或化学方法等进行回收。


图丨光大证券[5]


这一工艺的优点在于可处理原料范围广、处理量大、流程简便、电池无需预处理等


然而火法回收终究是一种比较初级的回收工艺,存在诸如能耗高、金属回收率低、设备要求高、回收金属需进一步精炼、会产生有毒有害气体等问题。


特别是由于火法回收过程中,锂与铝残留于冶炼渣中,进一步提取回收并不经济,这导致火法路线往往不能回收锂,造成了资源浪费,此种缺陷在如今锂价格处于高位的当下变得格外突出。


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。该路线是目前国内主流的回收工艺。


图丨光大证券[5]


相较于火法路线,湿法回收的工艺更加复杂,但具有诸如高效率和有害废气排放较少,能耗低,得到的金属或金属盐纯度高,反应条件温和等优点而在工业中被广泛用于回收和再循环利用有价金属。


其最终产物的纯度能够达到生产动力电池材料的品质要求,尤其适合金属原料比较昂贵的三元电池。


湿法工艺的缺点在于电池单体必须被破碎预处理、试剂消耗量大、会产生大量需后续处理的废水。


为了从合金或冶炼渣中进一步提取、提取金属元素,还诞生了将火法回收与湿法回收联用的工艺。


火法-湿法联合回收技术是指废锂电池系统经过简单的预处理拆解和放电后进行高温熔炼、浸出及氧化、高温烧结等过程重新制得电池正极材料。


只不过与单一回收路线相比,联合回收的工艺比较复杂,有着较高的技术门槛,有能力布局的企业比较少,最具代表性的是Umicore公司所采用的 Val'Eas 工艺。


图丨光大证券[5]


近年,除了传统的回收工艺外,近年还出现了电极修复再生工艺。


这一路线是将废旧锂离子电池中的电极材料拆解分离,使用电化学或物理化学等方法处理,恢复其受损的结构、电化学性能,使得材料可以再次用于使用场合或作为制备新的电极材料的前驱体。


上述提到的回收工艺也被称为化学法,相应的还有着物理法和生物法,只是由于各方面原因,这些工艺十分罕见。


物理方法包括破碎浮选法和机械研磨法,但对有价值金属的分离效率极低,经济效益糟糕,缺乏商业化的基本前提。


生物法则是利用微生物微生物分解代谢,将金属离子有选择的溶解进而实现与杂质的分离,最终回收有价金属。


但生物技术当前不成熟,仅停留在实验室阶段,距离大规模商用有不小的距离。


2. 梯次利用


说完了拆解回收,我们再来讲解梯次利用。


废旧电池梯次利用是指动力电池在达到设计使用寿命时,通过修复、改装或再制造等方法使其能够在合适的工作位置继续使用的过程。


退役的动力电池经过相关的检测,确定其性能后,可依次用于低功率电动车、电网储能、家庭储能领域,等电池性能进一步劣化后,低于最低利用标准再行回收。


有趣的是,目前国内梯次利用的标志性企业并没有出现在行业内,而是跨界而来的中国铁塔。


中国铁塔的回收模式在于通过与车企、动力电池制造商合作,将退役动力电池用于基站的紧急供电。早在2015年,中国铁塔便对12个省市的3000多个基站开展了梯次利用,将较为老旧的铅酸电池替换为了工艺上更先进的锂电池;而到了2018年,中国铁塔已经停止采购铅酸电池,并在全国范围内开展梯次利用[6]。


但是,也就仅此而已了。时至今日,中国铁塔的模式仍然是最有代表性的梯次利用,路线的整体发展迟缓,至于为什么我们之后再说。


若我们将视线移至动力锂电池当前最主流的两种技术路线,还能发现它们各自适合的回收路线也有区别。


简而言之,三元电池适合拆解回收,磷酸铁锂更适配梯次利用。


这主要是因为从经济性角度看,三元材料中的金属(镍锂钴)回收价值高,而磷酸铁锂由于锂元素回收存在一些问题,经济性比较差


这使得三元电池的再生产品售价有显著优势,能够给企业带来足够的利润空间,往期数据显示,回收单吨三元废旧电池合计利润约为6355元/吨,同样条件下回收单吨磷酸铁锂废旧电池亏损约312元/吨[7]。


磷酸铁锂电池之所以适合梯次利用,除了它现阶段回收材料的经济效益差外,也是因为其循环寿命确实也有优势。


就以梯次利用最常见的储能来说,电池性能的重要性其实并不高,反倒是性价比更为重要。


退役三元电池的收购价格虽说比磷酸铁锂电池高,但这主要也是因为金属回收价值,两者循环寿命、能量密度的差异并不足以覆盖额外的支出,而且三元电池的安全性也不如磷酸铁锂电池,梯次利用恰恰对此有着额外要求。


多重因素之下,决定了磷酸铁锂更适合梯次利用而非直接拆解。



03

谁是参与者?


受销售方式、使用形式、技术路线等因素影响,动力电池回收行业的参与者比较复杂。


参考现有的产业链模式,可大致将动力电池从消费者回收至电池生产商的路径分为三大类:


1. 通过电动汽车经销商回收;


2. 通过电池租赁公司回收,该路线与上一个路线的电池最终流向与负责回收处理的参与者均为动力电池生产商;


3. 废旧电池流向第三方回收公司,回收网点需自主建立,最终的回收加工也由第三方公司自行完成。


图丨光大证券[5]


在三种基本回收路线的驱动下,动力电池回收行业形成了四种基本模式,也代表了四种主要的参与者组织形式:


1. 新能源汽车制造商为主体:该模式能够利用车企的现有销售网络调动回收积极性,网点覆盖面比较大,但缺陷在于销售网点专业性不强,缺乏对动力电池的处置能力,存在一定安全隐患;


2. 电池制造商为主体:该模式的优点在于电池制造商的专业性很高,可以对回收来的电池进行恰当的处置,但相应的需要建立回收网络,存在额外的运营成本,且电池生产商的管理经验缺乏;


3. 第三方企业为主体:这种模式优势在于,参与者具备较多的回收运营经验,回收效率较高,但相应的成本也偏高,行业内企业的财务状况普遍谈不上乐观;


4. 行业联盟为主体:这种新能源领域内的车企、第三方、电池制造商共同组成产业联盟的模式优点在于可以形成有效互补,各方充分发挥自身优势,但关键在于其前期展开难度极高,管理难度也非常复杂,需要多方协商,会面临复杂的扯皮与利益分配。


图丨东吴证券[7]



04

怎么就是做不起来?


上文已经谈了动力电池为何回收,怎么回收,以及谁来回收。但本文要在最后,给动力电池行业泼一盆冷水,甚至说冰水更合适一些——


不管动力电池有多么积极的意义,它都存在一个极其致命的缺陷,那就是经济效益不高,商业化潜力糟糕,导致整个行业时至今日都严重发育不良。


首先,动力电池回收是极其非标准化的,因为动力电池本身就是非标产品,型号众多,仅封装就有方形、圆形、软包以及近年新的“刀片电池”与“CTP电池”等众多路线。


不同技术路线的内部结构存在很大差异,对应的处理方式就会有所不同;即使同一封装路线的电池,不同企业生产的不同产品在用料与设计上也不一样,甚至是同一企业的不同车型搭载的动力电池也有区别,需要根据实际情况制定有针对性的回收流程。


更进一步,哪怕是同一型号的电池,由于车主使用习惯的不同,电池的残留性能也不一致,在后续利用也还是需要进一步的检测与分类。


状况复杂的废旧电池,导致了高度非标准化的作业流程与多样化的技术需求,催生了电池回收极为复杂的工序,严重制约着产业规模化。


其次,虽说动力电池回收的路线非常清晰,但知道路在哪儿和路好走可是两个完全不同的概念。


1. 梯次利用的问题


在上文,我们曾反复提到,梯次利用是一个非常不成熟的路线,这主要是因为无论是在技术还是市场层面,该路线仍然面临诸多困难。


首先从技术角度看,梯次利用需要对退役动力电池进行充分的评价检测,确定其性能。


经过检测筛选后,才可根据不同的用途,对退役电池进行重组,稳定重组后的电池包电压、电流,最后重新打包投入使用。


但当前基于容量衰减机理分析建立的电池寿命预测模型首先就不够完善,整个链条的第一个环节都不过关,期望行业能有长足发展显然不现实。


其次从市场角度,梯次利用经济效益确实不佳。


其涉及的逆向物流系统颇为复杂,中间环节众多,远比直接拆解回收要麻烦,不如直接回收来得省事。


而且复杂的流程严重堆高了梯次利用电池的成本,甚至出现重组电池和新电池价格倒挂的怪异现象——旧的比新的还贵,如何能说服下游采购方选择梯次利用产品?


最后,梯次利用的安全性也不敢恭维。


当前动力电池的安全性能一直是个显著问题,且很多隐患就是在使用过程中堆积形成的,例如溶液中离子结晶导致内部结构形变等,声称旧电池比新电池安全显然不负责任。这就使得在消费端,很难说服消费者接受梯次利用产品。


甚至于从国家层面,对梯次利用的安全性也持怀疑态度。在今年六月份,国家能源局发布《新型储能项目管理规范(暂行)(征求意见稿)》,征求意见稿指出,在电池一致性管理技术取得关键突破、动力电池性能监测与评价体系健全前,原则上不得新建大型动力电池梯次利用储能项目[8]。


而在9月份的正式印发《新型储能项目管理规范(暂行)》中,去掉了上述条目,改为新建动力电池梯次利用储能项目,要求出具安全评估报告、建立实时监控平台等。

 

需知,储能已经是梯次利用最有希望的应用场景,可这来自国家的当头一棒,还是提醒了行业不能高兴的太早。


2. 拆解回收的问题


至于拆解回收,我们不能忽视,上游原材料在这两年处于上涨周期,可不代表会永远处于上涨周期。


就以钴为例,尽管在过去的一段时间里经历了一段极为疯狂的上涨,但其实距离在2018年初的高位相差甚远。


而且近期的原材料价格暴涨,与疫情造成的全球性供应链-物流双重危机密不可分,尽管如今我们无法预测危机什么时候会缓解,但终究是不能忽视的风险。


当原材料价格逐渐回落时,电池回收行业本来就不怎么样的利润空间必然会被进一步挤压。


即使这些金属原材料的价格因供应链问题不可逆的维持在了一个较高价位,对于车企而言,其实也不是没有选择,无非就是从三元电池转向磷酸铁锂。


尽管这会在性能上上做出一定牺牲,但对于汽车这种在成本上极端精打细算,利润空间微薄的传统制造业,也没什么不能接受的,更何况电池技术与结构设计上的突破也不能忽视。


如此一来,电池回收本来就不强的商业化前景无疑更灰暗了。


更糟糕的是,本来就不挣钱的行业,还持续遭到“黑心企业”的荼毒。是的,电池回收还是一个受不正规、无资质“小作坊”影响颇深的倒霉行业。


首先,动力电池合规复杂,评审条件众多,导致行业准入门槛非常之高。


有多高?2018年和2021年,工信部两次发布符合新能源汽车废旧动力电池综合利用行业规范条件的企业名单,分为梯次利用与再生利用两类,也就是俗称的白名单企业,数量足足有——27家(第一批5家,第二批22家),相较于数以十万吨计且仍不断攀高的退役电池量,远远满足不了需求。这空缺出来的市场,自然就成了不合规企业滋生的土壤。


图丨光大证券[5]


其次必须承认,动力电池回收是一件颇为麻烦的事情,无论是消除环境污染,还是对待处理电池的分门别类,都意味着成本,而小作坊在这方面显然没什么负担。


与正规企业繁琐的回收流程相比,无资质小作坊通常采用人工方式对电池包进行暴力拆解,分拣过程极为原始,这不但对员工的身体健康有巨大伤害,且伴随着极大的安全隐患——要知道未完全放电的动力电池,真的会爆炸。


在后续处理环节,小作坊显然也不会受到环评制约,往往直接将没有无害化的废弃物,如废液、熔渣等进行非法排放或填埋,会对周边环境造成严重污染。


无视环评与安评,极大的降低了这些小作坊的作业成本,为其带来了在回收报价上的巨大优势。


据经济观察报报道,某些无资质的电池回收公司,三元锂电池的报价高达15000元/吨,即使价值较低的磷酸铁锂电池报价也高达12000元/吨。


作为对比,正规企业的回收价格仅有约10000元/吨,甚至更低,双方的竞争力根本不在同一个量级[9]。


在如此不对称对抗之下,就出现了正规企业收不到电池难以为继,大多数退役电池却去向不明的现状。


据业内人士估计,约80%的动力电池都直接流入了不合规企业的回收链条之中,消失在了小作坊之中[10]。


货源的缺失,甚至导致正规企业为了获得电池维持产线的运转和业务增长,被迫从黑市采购旧动力电池。正规企业被逼成了黑市繁荣的推手之一,不得不说也是咄咄怪事了。


伴随着回收价值更高的三元电池的大批量退役,可以预见此种“劣币驱逐良币”大概率会愈演愈烈。整个行业需要的,还是来自政策层面的大力支持,无论是更为成熟的监管链条,对非法回收企业的有力打击,还是对正规企业的补贴,对整个行业都有着十分积极的意义。


当然,这就是另一个话题了。


参考文章

[1]王琳琳:废旧动力电池回收价每吨万元,近八成流入黑市.新京报.2021.07.16 https://mp.weixin.qq.com/s/ZEO9-OcMuXYkpyPjZ1CgxA

[2]乘联会:【月度分析】2021年10月份全国乘用车市场分析.2021.11.08 http://www.cpcaauto.com/newslist.php?types=csjd&id=2602

[3]姚雪青:更好破解动力电池回收难题|人民时评.人民日报评论.2021.06.08 https://mp.weixin.qq.com/s/RXvpSHENk5kxee4PDW5wrw

[4]万联证券:电气设备行业深度报告:动力储能双驱动,磷酸铁锂量价齐升.2021.09.15

[5]光大证券:电力设备新能源、环保行业碳中和深度报告(四):动力电池回收,降本与突破锂约束,构成锂电循环闭环.2021.03.24

[6] 魏文柱:【微宏动力•高工聚焦】中国铁塔退役动力电池梯级利用“攻略”.高工锂电.2019.06.07 https://mp.weixin.qq.com/s/XjkQyqlwsRbXsQyM6-2pug

[7]东吴证券:动力电池再生迎长周期高景气,汽车后市场龙头积极布局大步入场.2021.09.20

[8]国家能源局:新型储能项目管理规范(暂行)(征求意见稿).2021.06.22 http://www.nea.gov.cn/1310021541_16243514280981n.pdf

[9]周菊:电池回收的“黑江湖”.经济观察报.2019.09.12 https://mp.weixin.qq.com/s/YzuJeXf45MNVNTbBFwk4ZA

[10]赵语涵:新能源汽车保有量高速增长 退役电池何去何从?

北京日报.2021.08.24 https://www.chinanews.com.cn/cj/2021/08-24/9549999.shtml


(本文转载自放大灯)



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