鋰電回收市場爆發(fā)在即
來源：寶鄂實業(yè)
2019-02-18 13:24
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廢棄材料再利用”是一個伴隨著自然資源急劇消耗和廢棄材料急劇增加的新命題。鋰離子電池(LIB)作為從移動電話到電動汽車(EV)的供能電源，其使用結(jié)束之后造成的大量浪費正在以驚人的速度增加，隨之而來的鋰電回收市場也將迎來爆發(fā)式增長……
01
鋰電池報廢潮即將到來
2009年密集扶持政策打開了我國新能源汽車增長的快車道，2011年行業(yè)進入產(chǎn)業(yè)化階段，2014年我國電動車市場更是呈現(xiàn)出井噴態(tài)勢，產(chǎn)銷量均同比大漲三倍以上。近年來更是產(chǎn)銷兩旺，2017年全年新能源汽車累計生產(chǎn)79.4萬輛，銷售77.2萬輛，比上年同期分別增長53.8%和53.3%，2014-2017產(chǎn)量復(fù)合增長率達104%。國家“十三五”規(guī)劃提出，截止2020年新能源汽車銷量將達200萬輛；近日中央四部委聯(lián)合發(fā)布電動車免購置稅政策延續(xù)至2020年，政策的傾斜更加佐證電動車是未來發(fā)展主流。預(yù)計2018年新能源汽車銷量能夠突破100萬臺。國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)銷量屢創(chuàng)新高帶來動力鋰電池行業(yè)爆發(fā)式增長。
一般而言，當電池容量衰減到初始容量60%-80%左右，便達到設(shè)計的有效使用壽命，需進行替換。電動乘用車電池的有效壽命在4-6年左右，而電動商用車由于日行駛里程長、充電頻次多，電池有效壽命僅約3年左右。由于新能源汽車企業(yè)目前對動力電池的質(zhì)保服務(wù)大多在5-8年，且中國的新能源車開始普遍應(yīng)用始于2014年，因此預(yù)計2018年開始我國新能源汽車動力電池將會進入大規(guī)模退役階段。
2014年動力鋰電池產(chǎn)量跟隨新能源汽車產(chǎn)銷顯著拔升，出貨量同比增長4倍；2015年動力鋰電池產(chǎn)量從2014年的4GWh躍居16GWh，同比增長314%。2016年有產(chǎn)量的新能源汽車搭載電池總量達25GWh，較2015年增長63%，2017年動力電池需求量達36GWh，同比2016年增長了42%。
2014-2015年動力電池市場快速增長預(yù)計將帶來2018年以后動力鋰電回收的高峰。預(yù)計2018年新能源車銷量將突破100萬輛，其中，乘用車+專用車電池需求量預(yù)計達40GWh，商用車需求量預(yù)計達13GWh。按商用車3年電池壽命和乘用車5年的電池使用壽命，預(yù)計2018年動力鋰電池回收市場將達11GWh，2020年理論報廢量達28GWh。
02
廢舊鋰電環(huán)境危害大，回收價值高，回收需求迫切
以磷酸鐵鋰電池為例，雖然其中不包含鈷、鎳等高價的稀有金屬，但廢舊電池中的鋰含量達到1.10%，顯著高于我國開發(fā)利用的鋰礦（鋰礦山中Li2O平均品位為0.8％～1.4％，對應(yīng)到鋰含量僅0.4%-0.7%）。此外，隨著新能源汽車的推廣，動力鋰電池需求的增長，國內(nèi)鋰需求也隨之爆發(fā)，碳酸鋰的價格從2016年開始飆升。我國雖然鋰礦資源豐富，但是因為幅員遼闊以及開采難度等原因?qū)е庐a(chǎn)出較少，鋰資源供給有限，90%以上的需求都依賴進口。
動力電池中主要重金屬含量
三元材料一般分為兩類：NCM（鎳鈷錳）和NCA（鎳鈷鋁），國內(nèi)以NCM為主。采用NCM材料的鋰離子電池若不進行回收，直接丟棄，則會對環(huán)境產(chǎn)生嚴重的污染。其中Ni和Co元素、電解液中的有機化合物和負極的碳材料均會污染水體和土壤，Ni和Co元素還會對人體產(chǎn)生神經(jīng)毒性。與此同時，Ni和Co元素都是價值較高的有色金屬，由于新能源車的推廣需求大增，價格大漲。此外，在供給方面，我國鈷礦資源較少，目前探明儲量8萬噸，僅占世界鈷儲量的1.12%，且國內(nèi)鈷礦品位低，回收率低，生產(chǎn)成本高，供需缺口導(dǎo)致進口依存度高。
總的來說，廢舊鋰電池環(huán)境危害大，但回收價值高，所含金屬元素多為我國較為稀缺、進口依賴較高的金屬資源。同時對于企業(yè)來說，廢舊鋰電的回收也蘊含著商機，經(jīng)過有效的回收處理，能夠為電池生產(chǎn)商節(jié)約大量的生產(chǎn)成本，具有非常高的經(jīng)濟價值。
廢舊鋰離子電池中常用組成材料的
主要化學(xué)特性和潛在環(huán)境污染
03
鋰電回收方式
對于退役的動力電池，目前主要有兩種可行的處理方法：其一是梯次利用，即將退役的動力鋰電池用在儲能等其他領(lǐng)域作為電能的載體使用，從而充分發(fā)揮剩余價值；其二是拆解回收，即將退役電池進行放電和拆解，提煉原材料，從而實現(xiàn)循環(huán)利用。目前僅有磷酸鐵鋰電池可以通過梯次利用發(fā)揮剩余價值，三元材料的電池仍以拆解回收為主。
鋰電池回收方式及流程
(1)初次利用
當動力電池性能下降到原性能的80%時，將不能達到電動汽車的使用標準，但其依然具備在儲能系統(tǒng)，尤其是小規(guī)模的分散儲能系統(tǒng)中繼續(xù)使用的條件，比如平抑、穩(wěn)定風能、太陽能等間歇式可再生能源發(fā)電的輸出功率，實施削峰填谷、減輕用電負荷供需矛盾，滿足智能電網(wǎng)能量雙向互動的要求等。此外，退役動力鋰電池還可以用于低速電動交通工具，比如電動自行車、電動摩托車等。
鐵塔基站儲能電池需求巨大，符合梯次利用電池大規(guī)模使用特點，將成為梯次利用電池主要的應(yīng)用領(lǐng)域。2018年1月4日，中國鐵塔公司與長安汽車、比亞迪、銀隆新能源、沃特瑪、國軒高科、桑頓新能源等16家企業(yè)，簽訂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。中國鐵塔公司目前試點范圍已擴大到12省市，已建設(shè)了3000多個試驗站點，涵蓋備電、削峰填谷、微電網(wǎng)等各種使用工況。
梯次利用在儲能中的應(yīng)用
通信基站儲能電池需求巨大，可吸納絕大部分的廢舊動力鋰電池。根據(jù)智研咨詢的預(yù)測，2017年全球移動通信基站投資規(guī)模有望達到529億元，同比增加4.34%；2016年，中國移動、中國電信和中國聯(lián)通的4G基站建設(shè)數(shù)分別達30萬、29萬和21.6萬，每年存量電池的更換和新建基站產(chǎn)生的電池需求量龐大。長期來看，梯次利用不僅能夠?qū)崿F(xiàn)退役動力電池的再利用，更有望引導(dǎo)新能源利用模式的發(fā)展。
（2）拆解回收
在對廢鋰離子電池進行了放電、拆解等預(yù)處理之后，根據(jù)回收過程所采用的的主要關(guān)鍵技術(shù)，可以將廢鋰離子電池的資源化處理過程分為物理法、化學(xué)法和生物法三類。
物理法包括火法、機械破碎浮選法、機械研磨法、有機溶劑溶解法及水熱溶解沉淀法等。其中火法又稱干法，是最常用的物理回收方法，其主要通過高溫焚燒分解去除起粘結(jié)的有機物，以實現(xiàn)鋰電池組成材料間的分離，同時可使電池中的金屬及其化合物氧化、還原并分解，在其以水蒸氣形式揮發(fā)后，用冷凝方法等將其收集?；鸱üに嚭唵?，可有效去除電池中的電解液、粘結(jié)劑等有機物質(zhì)，但操作能耗大，而且如果溫度過高，鋁箔會被氧化成為氧化鋁，造成價值降低和收集困難。同時對于高溫燃燒產(chǎn)生的廢氣，也需要研究相應(yīng)的對策防止其污染環(huán)境。
化學(xué)法（又稱濕法）是在拆解破碎鋰離子電池之后，先用氫氧化鈉、硫酸、硝酸、雙氧水等化學(xué)試劑將鋰電池正極中的鈷、鋰、鋁等方法來凈化、分離、提純鈷、鋰等金屬元素。由于使用鹽酸浸出金屬離子時，會在反應(yīng)中生成有害的氯氣，因此目前使用較多的浸出體系是硫酸與雙氧水的混合體系。針對酸浸后的浸出液，可采用沉淀法、萃取法、鹽析法、電化學(xué)法等方式實現(xiàn)金屬離子的提純。
化學(xué)法相對比較成熟，回收率高于物理法，但一般得到的是金屬氧化物，并不能直接用來作為鋰離子電池正極材料，后續(xù)利用回收得到的金屬氧化物制備正極材料工藝比較復(fù)雜，成本較高。
對比兩者工藝流程可以發(fā)現(xiàn)，物理法能夠直接回收正極材料、負極材料電解液、隔膜，只需經(jīng)過簡單處理后即可用于鋰電池的再生產(chǎn)，但此法要求至少廢鋰電池所用的正負極材料、電解液一致。然而現(xiàn)實中動力鋰電池正極材料眾多，高能量密度的三元材料也可根據(jù)自身成分比例不同分為811、522、111等多種型號，因此目前物理法尚未得到商業(yè)化推廣和使用，行業(yè)普遍采用技術(shù)相對成熟的化學(xué)法。
04
鋰電池市場空間
鋰電回收供給端測算
根據(jù)中汽協(xié)新能源車產(chǎn)銷數(shù)據(jù)測算三元材料、磷酸鐵鋰材料電池市場保有量，推算出2018年退役動力鋰電池達到11.09GWh，其中三元電池0.16GWh，磷酸鐵鋰電池10.93GWh，共計11.01萬噸，對應(yīng)65.91億市場空間。2020年報廢4.62GWh三元電池，23GWh磷酸鐵鋰電池，對應(yīng)148.2億市場空間。2023年報廢量達84GWh電池，對應(yīng)74萬噸，對應(yīng)的市場空間為424.81億。
推算模型基本假設(shè)：
1. 隨著新能源車需求持續(xù)大漲，鋰電池廠商完備預(yù)期產(chǎn)能充足，動力鋰電池產(chǎn)銷量兩旺。預(yù)計新能源乘用車及專用車電池壽命平均為三年、新能源商用車電池平均壽命為五年。
2. 三元材料電池富含錳、鎳、鈷為代表的貴金屬，回收價格昂貴，資源拆解的經(jīng)濟效益明顯大于梯次利用。同時由于磷酸鐵鋰的主要成分為鋰離子，拆解的經(jīng)濟效益較低，運用于梯次利用可以兼顧成本和收益。因此出于經(jīng)濟性角度假設(shè)在未來退役三元電池全部用于資源回收，磷酸鐵鋰電池全部用于梯級利用。
3. 根據(jù)中國官方公布的前40批節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程推薦車型目錄及相關(guān)統(tǒng)計信息，可以大致測算三元系材料中鈷、鎳、錳、鋰含量比率約為2.3%，12.1%，7.0%，1.9%，鋁、銅比率約為12.7%，13.3%。假設(shè)目前技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)鈷、鎳、錳貴金屬材料回收率95%，鋰鹽回收率70%，鋁、銅等金屬材料回收率100%。測算出三元電池回收收益4.42萬元/噸。
4.根據(jù)2017年底的金屬價格(電解鈷52.350萬元/噸、鎳9.625萬元/噸、錳1.175萬元/噸、鋰91萬元/噸、鋁1.26萬元/噸、銅5.45萬元/噸)測算拆解回收收益。用鋰離子電池儲能綜合度電成本0.6元/Wh來測算梯級利用回收收益。
鋰電回收供給端測算
從需求角度來看，動力鋰電池退役回收后帶來的梯次利用端儲能供應(yīng)可以被市場完全消化。預(yù)測2020年我國新增光伏裝機量79.5GW，考慮可再生能源發(fā)電配備儲能系統(tǒng)占光伏新能源發(fā)電裝置新增裝機量5%-20%，容量功率比為2-4倍，可以推算出2020年新增可再生能源發(fā)電配備儲能系統(tǒng)需求可達23.85GW。根據(jù)CNESA研究部的預(yù)測，2025年，我國年度新增的梯次利用潛在規(guī)模將會達到33.6GWh。電網(wǎng)對削峰填谷經(jīng)濟性的需求、分布式光伏裝機量的爆發(fā)式增長、電動汽車儲能充電站布局的速度加快等應(yīng)用場景都助推梯次利用的需求不斷攀升。
回收拆解端受益于不斷緊俏的原材料供應(yīng)及飛漲的貴金屬價格，資源回收市場需求完全沒有天花板。在電池成分沒有大進步的情況下，制約價格快速上漲的方法之一是對廢舊電池中的貴金屬的提取利用水平的提高。2017年以來補貼退坡倒逼新能源車廠壓低電芯廠鋰電池出廠價，2017年以來鋰電池降價的趨勢明顯。在材料端和需求端的雙重壓力下，拆解回收的貴金屬自然是電芯廠降本增效的出路。
