鉅大LARGE | 點擊量：1196次 | 2022年01月12日
充電鋰電池梯次利用及資源化回收最全面分析
環境保護：鋰離子電池的正極材料里包含鎳、鈷、錳、鋰等重金屬元素，這些重金屬元素會對環境、水等造成污染；負極材料里面的碳材、石墨等會造成粉塵污染；此外，鋰離子電池的電解液中含有有毒的化學成分，也會造成氟污染。
資源節省：鋰離子電池中含有大量的金屬元素，鎳、石墨等我國比較多，但是像鈷之類的金屬元素是我國稀缺的；我國的鋰元素絕對含量很多，但是開采難度比較大，一般都分布在西藏、青海、四川等條件比較艱苦的礦山；鹽湖鋰里面鎂離子含量比較高，提取鋰的難度也很大。
有利可圖：做鋰離子電池的梯次利用及資源化回收還是能形成商業化的，因為最近幾年汽車行業大量轉入電動化，鋰離子電池需量新增，導致上游的貴金屬材料價格非常高，金屬鈷價格為60萬/噸，鎳10萬/噸，碳酸鋰17萬/噸，金屬鋰90萬/噸。
市場風口
1、政策支持
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
最早在2012年的時候，國務院公布的《節能和新能源汽車產業發展規劃》中提到了"制定動力鋰電池回收利用管理辦法..."；
2014年國務院辦公廳公布了《有關加快新能源汽車推廣應用的指導意見》，研究制定動力鋰電池的回收利用政策；
2015年財政部、科技部、工信部、發改委在《有關2016-2020年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知》中提到"要讓電動汽車及動力鋰電池公司承擔廢舊電池回收的主體"；
2016年，發改委、工信部、環保局、商務部及質檢總局又相應的公布了一系列政策，到目前為止，專門針對鋰離子電池回收的政策總共有20多項。
2018年三月，七部委聯合公布了最新的《有關開展新能源汽車動力蓄電池回收利用試點工作的通知》。
梳理這些政策，可以歸納出以下四點：
國家各部委主張動力鋰電池先進行梯級利用，再進行資源化回收；
落實生產者責任延伸，即"誰生產，誰負責"；
建立動力鋰電池的回收利用體系，開展一些試點項目，建立回收化網絡及信息監管；
行業規范不斷完善，國家對公司的資質要求逐步清晰。
2、市場規模
鋰離子電池整體可以分為三大類：
消費類電池：用在手機、IpAD、筆記本電腦等消費類電子產品上的電池，以鈷酸鋰離子電池為主；
動力鋰電池：用在新能源汽車上的電池，乘用車上重要是三元電池，商用車重要是磷酸鐵鋰離子電池；
儲能電池：用在充電站、火電站、商用儲能等方面的電池，重要使用的是磷酸鐵鋰離子電池。
梯次利用是什么？舉個例子，例如將電池用在新能源汽車上，電池充滿電的時候是100%的能量，當電池使用一段時間后，電量會衰減，當電量衰減到80%的時候就不能使用在汽車上，這就進行了第一階段的利用；從汽車上衰減下來的電池，電量從80%-20%的區間可以做梯次利用，例如應用在低速車、電動三輪車、電動摩托車、充電站儲能、火電站削峰填谷、光伏等方面；電量在20%以下的電池可以認為完成了它的壽命周期，這時候就可以進行回收。這樣就把整個電池的使用按照容量分為了三部分：汽車用、梯次利用、報廢回收。
2017年我國新能源汽車的產銷量在80萬輛左右，全球來看總共為130萬輛；預計到2020年我國的新能源汽車將達到300萬輛，全球將達到500萬輛。根據新能源汽車的銷量測算，到2020年鋰離子電池的需求將達到250GWh，這部分電池的衰減要逐步回收利用。
根據近年新能源汽車動力鋰電池的需求量測算，乘用車電池容量從100%到80%的時候，壽命在5年左右，商用車在3年左右，我國新能源汽車大規模使用在2014年，以此推算，到2018年左右動力鋰電池將進入大規模的退役階段，換句話說，2018年真正開始做鋰離子電池回收就會迎來新的風口，即下一個上升點。根據高工鋰電、各大券商等的測算，2018年預計將有11GWh的電池退役，對應的市場空間在60億左右；2020年的市場空間在150億，2023年達到400億，從2018年到2023年，年復合上升率達到50%，可以說鋰離子電池的回收會成為下一個市場風口。
據統計，2017年鋰離子電池的回收量在8萬噸，市場規模在30-40億左右。在這8萬噸中，電池拆解占到95%，沒有進行梯次利用，目前梯次利用市場推廣不利的原因重要有以下幾點：
前幾年的電池技術安全性問題比較突出；
報廢量比較少，標準化程度不高，進行梯次利用的匹配比較困難；
儲能市場還沒有大規模釋放。
技術路線
1、技術標準
我國在《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規范條件》中要求：濕法冶煉條件下，鎳鈷錳的綜合回收利用率不低于98%，火法冶煉的回收利用率不低于97%。目前國內比較領先的公司像邦普等已經基本達到了標準。
2、磷酸鐵鋰
動力鋰電池重要分為磷酸鐵鋰，用在商用車上，和三元電池，用在乘用車上，相比較而言，磷酸鐵鋰更適合梯次利用。這兩種電池的性能不太相同，磷酸鐵鋰的循環壽命更長，電量從100%衰減到80%壽命可以達到2000-6000次。
CATL做過上述測算，退役之后的磷酸鐵鋰動力鋰電池可以作為儲能電池使用至少5年。磷酸鐵鋰假如直接報廢、拆解回收，收益有限，其成分鐵不值錢，鋰的含量又非常少，1噸磷酸鐵鋰的回收經濟收益在10000左右，假如用作梯次利用收益在30000-40000左右，所以從這兩個方面來看，磷酸鐵鋰比較適合梯次利用。
3、梯次利用
梯次利用的流程可以分為三步：先對回收的電池進行篩選，然后進行電池的串并聯，第三步進行充放電的管理，外加入BMS，設計容量和功率的匹配。一般電池容量和功率的匹配比為8:1，放電倍率在0.125C。
梯次利用的關鍵技術在于兩個：
離散整合技術：不同電池的pack技術不同，拆解完要對不同的單體電池根據電池模組的性能、壽命等進行整合；
全生命周期追溯技術：通過BMS供應的SOC、SOH、SOp技術指標進行估算。
國家要求構建新能源汽車國家監測和動力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺，平臺以電池生產時的編碼為信息載體，一直到電池死亡進行全生命周期的追溯和數據記錄。
4、資源化回收
磷酸鐵鋰壽命比較長，而三元電池的循環壽命在800-2000次左右，比較短；三元電池的安全性也沒有鐵鋰離子電池的好，著火點比較低，不適合用于儲能電站、通訊基站等環境復雜的領域。
此外三元電池所含的鎳鈷錳價格比較高，即使直接拆解，收益也很可觀。所以相比而言，三元電池更適合拆解回收。三元電池拆解回收的價格在40000-50000元/噸，假如將拆解下來的鎳鈷錳再去做三元材料的前驅體，價格更高，以CATL為例，單價在80000元/噸。
資源化回收分兩個階段：回收的電池先進行預處理，放電，除去外包裝，手工拆解分離得到電芯；然后再回收。
回收技術可以分為三大類：
干法（物理法）：
機械分選法：機械手段破碎篩分，直接分選
高溫熱解法：高溫焚燒，形成蒸汽揮發冷凝
干法熱修復：干法之后對回收的粗產品進行再次加工成為材料
濕法（化學法）：
濕法冶金：用化學試劑溶解分離浸出
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離子交換：用離子實現交換
生物回收技術：重要是用微生物浸出，目前來說還比較難，技術問題有待突破。
目前行業上，三元電池普遍采用的是濕法，磷酸鐵鋰采用的是干法，這也是比較推薦的方法。相比而言，濕法的成本比較高，但是回收的材料純度比較高，各有利弊。
運營模式
1、美國：生產者責任延伸+消費者押金制度
以TSLA為例，2015年TSLA公布了pOWERWALL用于儲能市場，做鋰離子電池的梯次利用。
2、德國：生產者承擔重要責任
以博世為例，2015年開始做電池的梯次利用回收，到2018年回收率預計在50%以上。
3、日本：立法+對電池生產公司補助
日本從國家層面立法，對電池生產公司回收進行補助。以豐田為例，豐田是全球混動汽車龍頭，1998年就開始做廢舊電池的回收，它的回收重要有三步：先建立回收網絡，然后對回收的電池進行詳細評估，選擇是維修還是梯次利用，關于完全喪失再利用價值的電池進行拆解和化學處理。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施儲能供電，重新設計了儲能電池管理系統，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。
4、鉛酸電池回收
2016年我國鉛酸電池的生產量達到400萬噸，鉛的價值含量達到400億，從技術方面看，我國鉛酸電池的回收率可以達到98%，但實際回收率只有30%，重要的問題在于始終沒有建立一個規?；木W絡。
回收主體應該實行生產者責任的延伸制度，即汽車生產公司、電池成產公司、第三方資源回收再生公司作為回收的主體，其中汽車生產公司是重點。
商業模式上，建立回收網絡，進行專業化處理兩者有機結合，目前已初具雛形。未來的行業競爭邏輯也重要集中在這兩點：
建立全國的回收網絡，出現規模效應，可以攤薄成本；突破技術門檻。
目前來看，2017年我國梯次利用的電池非常少，重要問題在于經濟性。根據電池聯盟的數據顯示，我國的儲能以抽水蓄能為主，火電站以鉛炭電池為主，磷酸鐵鋰離子電池遲遲沒有成為梯次利用的主體重要原因在于成本，上圖可以看出，鉛炭電池和抽水蓄能的成本在0.4元/kWh左右，鋰離子電池在0.7元/kWh。以煦達動力鋰電池溧陽項目為例，測算結果表明，儲能項目靜態投資回收期在6年左右，假如要出現收益則要運營滿10年，這樣稅后收益率在10%。雖然現階段梯次利用的經濟性不明顯，但是隨著電池成本的下降，未來梯次利用的市場會逐步爆發。
投資并購
1、我國鐵塔
鐵塔公司是由我國電信、我國移動、我國聯通共同出資設立的大型通信基礎設施綜合服務公司，重要從事通信鐵塔等基站配套設施和室內分布系統的建設、維護以及運營工作，今年一月初，鐵塔公司和重慶長安、比亞迪、銀隆新能源、沃特瑪、國軒高科、桑頓新能源等17家公司聯手進行磷酸鐵鋰的回收，目前在全國12個省市建立了3000多個基站。
2、上汽寧德
上汽是汽車行業龍頭，CATL是動力鋰電池行業龍頭，兩大龍頭聯手卡位動力鋰電池的回收，2018年三月共同簽署了戰略合作諒解備忘錄。
CATL在2013年就已經對邦普完成收購，目前鋰離子電池回收業務板塊已經成為三大核心業務之一，2017年回收業務板塊的收益達到25億，單價為80000元/噸，毛利率達到27%，業務占比達到13%。
3、投資并購
從行業來看，早在2013年，CATL就已經并購了邦普；2017年廈門鎢業收購了贛州豪鵬；2018年并購的案例更多一點。
