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新能源产业的闭环,动力电池回收怎能缺席?

日期:2023-10-12    来源:JIC投资观察

国际新能源网

2023
10/12
09:56
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关键词: 新能源产业 动力电池回收 新能源汽车产业

2023年8月17日,《欧盟电池与废电池法规》正式生效。其核心内容可概括为:谁生产谁回收,谁进口谁回收。《欧盟电池与废电池法规》对电池技术从研发到报废都有详细的监管要求,电池系统要带有清晰可辨、不可擦除的碳足迹标签,建立数字电池护照。设定车企和电池厂家对废旧电池回收率的要求以及可再利用的可回收成分的强制性最低水平。

新能源汽车产业发展驱动动力电池回收

随着新能源汽车产业的快速发展,我国已成为世界第一大新能源汽车产销国。在新能源汽车产业快速发展的同时,动力电池装机量也在逐年攀升。

2022年,全球动力电池装车量达到517.9GWh,同比增长71.8%。中国动力电池装机量达到294.6GWh,占全球的60.4%。今年上半年,我国动力电池累计产量达293.6GWh,同比增长36.8%。累计装车量152.1GWh,同比增长38.1%。

而是否真正环保一直是新能源车备受关注的话题,其中主要问题就在于废旧电池对于环境的威胁。

动力电池的使用年限一般为5—8年。自新能源汽车产业快速发展以来,业内预测动力电池即将迎来退役高峰。中国汽车技术研究中心测算估计,到2025年,我国退役动力电池总量将达约78万吨。如此大量的废旧动力电池若处理不当,可能造成固废污染、重金属污染、粉尘污染、水污染等多种环境污染问题。电池回收问题,也变得日益紧迫起来。

动力电池回收意义重大

环保价值

废旧动力电池的正负极、电解液等材料对我们的环境具有潜在威胁,相关废物已列入我国的《国家危险废弃物名录(2021年版)》。比如,正极材料中的锂、镍、钴、锰等多种金属元素处理不当会对水资源和土壤造成污染。电解液的主要成分如六氟磷酸锂、碳酸酯、磷元素等,具有高腐蚀性或容易污染水源。这些污染源,都需要在电池报废后进行妥善回收和处理。

经济性

在目前新能源汽车产销量持续上升、资源供给相对紧张的背景下,锂矿资源及其加工品的价格出现大幅上涨。截至目前,电池级碳酸锂、电池级氢氧化锂、电解钴、电解镍等价格较之前均有大幅增长,对下游电池成本持续形成压力。

之前,三元锂电池因含镍、钴、锰等高价金属量较多,其回收利用受到行业普遍重视。但近两年,受碳酸锂价格持续上行影响,行业对于磷酸铁锂电池的回收也愈发关注。通过废旧动力电池的回收和处理,可有效增加上游短缺原材料供给,缓解供给短缺,降低和平缓资源市场价格,促进产业链上下游协同。

应对资源紧缺

根据中国地质调查局全球矿产资源战略研究中心发布的《全球锂、钴、镍、锡、钾盐矿产资源储量评估报告(2021)》,全球锂矿(碳酸锂)储量1.28亿吨,钴矿储量668万吨,镍矿储量9063万吨。美国地质勘探局的统计数据显示,中国钴资源储量为世界的1.13%,中国镍资源储量为世界的3.0%,中国的锂矿资源储量占全球的7.1%。

但中国对钴、锂、镍的使用数量均超过世界使用数量的50%以上。因此,镍、钴、锂资源的回收,实现资源循环利用,成为解决资源短缺的有效途径。

动力电池回收技术路线

电池回收处理的工艺流程,主要可分为干法回收、湿法回收、生物回收等。目前我国主流的回收技术以湿法为主,湿法具有金属资源回收率高的优势。国外主要以火法为主,该工艺流程较为简单,且国外在火法处理装备上具有明显优势,但该法存在资源回收率偏低、能耗高、废气处理难度大的问题。近年来,国内回收企业逐步在节能降耗、提质增效方面下功夫。

干法回收

(1)物理回收。物理回收是将电池拆解分离,对电极活性物、集流体和电池外壳等电池组经过破碎、过筛、磁选分离、精细粉碎等步骤,从而得到有价值的物质。物理回收操作较简单,但是容易存在机械操作损失,难以实现金属的完全分离回收。

(2)火法回收。是指将经过物理破碎等初步分离处理的锂电池材料,进行高温分解,将有机粘合剂去除,从而分离锂电池的组成材料。同时可以使锂电池中金属及其化合物氧化还原并分解,再用冷凝等方法收集。

火法回收处理技术简单,操作方便,在高温环境下反应速度快,效率高,能够有效去除粘合剂,比较适合处理大量或较复杂的电池。但对设备要求较高,在处理过程中,电池的有机物分解会产生有害气体,需要防止产生二次污染。

湿法回收

湿法回收是将废弃电池破碎后溶解,然后利用合适的化学试剂,选择性分离浸出溶液中的金属元素,产出高品位的钴、锂等金属。湿法回收处理比较适合回收化学组成相对单一的废旧锂电池,其设备投资成本较低。

生物回收

生物回收技术主要是利用微生物浸出,将动力电池的有用成分转化为可溶化合物并选择性地溶解出来,得到含有效金属的溶液,实现目标组分与杂质组分分离,最终回收锂等金属。

生物回收技术具有成本低、污染小、可重复利用的特点,对环境的影响也较小,是未来锂离子电池回收技术发展的理想方向。目前,关于生物回收技术的研究刚刚起步,之后将逐步解决高效菌种的培养、周期长的问题以及对于浸出条件的控制问题。

废旧锂电池回收工艺各有优劣,目前已经有联合并优化多种工艺的回收方法研究,以充分发挥将各种回收方法的优势,实现经济利益最大化。

我国动力电池回收产业发展情况

在双碳目标驱动下,中国新能源汽车消费持续增长,锂电池市场蓬勃发展。作为动力电池最后一个环节的回收市场,动力电池回收是解决环保问题、实现稀缺资源循环利用的重要手段,也是实现产业链闭环的重要环节。在新能源产业发展的早期阶段,国家已经意识到动力电池回收处理的问题。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高度重视,动力电池回收逐步规范。

2018年,《关于鼓励和规范废旧锂电池回收利用的指导意见》发布,明确支持锂电池回收资源化利用项目,并提出了相关政策措施和经济激励措施,包括减免税收和补贴等。

2018年1月,工业和信息化部发布《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》,对动力电池设计、生产、回收责任的界定,以及动力电池的综合利用进行了规定,并对相关主体的责任进行了明确。

2018年7月,工业和信息化部发布《新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》,提出建立新能源汽车国家监测与动力电池回收利用溯源综合管理平台,这是我国开展动力电池溯源管理的第一步,覆盖了动力电池的全生命周期。

2019年12月,《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)》发布,行业内企业自愿申报,工业和信息化部从布局与选址、技术、工艺、能耗等方面对业内企业进行综合评估。截至2022年底,已累计发布了四批次共计88家符合条件的企业名单。

近年来,废旧动力电池已经成为电池回收企业争抢的对象。包括车企、电池厂家、第三方回收企业在内的不同性质的企业,都纷纷盯上了动力电池回收业务。

天眼查数据显示,2018年动力电池回收企业注册量2160余家,2022年新增动力电池回收企业3.8万家。截至2023年9月,经营范围包含电池回收的企业超过11万家。

国内动力电池龙头企业宁德时代董事长曾表示,宁德时代正在加强电池材料的回收利用,镍钴锰的回收率已经达到99.3%,锂达到90%以上。到2035年后,宁德时代循环利用退役电池中的材料就可以满足很大一部分市场需求。

除此之外,很多电池制造商和锂矿企业如国轩高科、天齐锂业、赣锋锂业等,均布局动力电池回收业务。2023年初,蔚来资本宣布投资一体化电池回收企业瑞隆科技,其将在废旧电池回收方面进一步发力。国内已经发展起一批具备一定规模、较为成熟的动力电池回收企业,形成较为完善的动力电池生产、交付、梯次利用、回收处理产业链。

锂资源回收龙头企业广东邦普循环科技有限公司作为宁德时代的控股子公司,打造了上下游优势互补的电池全产业链循环体系,通过独创的定向循环技术,在全球废旧电池回收领域率先破解了“废料还原”的行业性难题,电池产品核心金属材料总回收率最高可达99.3%。邦普循环主要采用湿法回收工艺。

国内锂矿龙头赣锋锂业已建成3.4万吨/年废旧锂电池综合回收项目。采用湿法工艺,通过选择纯化与重塑再生技术,实现了生产过程中萃取剂和副产物的高效分离,锂综合回收率大于90%,镍、钴、锰回收率大于98%,并有效降低了三废的处理成本。

上市公司格林美也凭借动力电池回收找到第二增长曲线。格林美具有镍氢电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、三元锂电池等多种类电池的处理能力。根据企业介绍,格林美回收处理退役动力电池与电子废弃物各占中国总量的10%以上,回收的镍资源占中国原镍开采量的13%,回收利用的钴资源超过中国原钴开采量的 340%。格林美主要采用湿法工艺。

华友钴业旗下有两家子公司分别是工信部公布的较早批次的白名单企业。截至2022年底,已建成退役动力电池回收处理能力6.5万吨,形成了规模化的钴、镍、锂金属的综合回收能力。

动力电池回收面临的问题

近年来,中国新能源汽车和锂电池技术发展迅速,至2022年底,新能源车产销记录连续八年保持全球第一。与庞大产销量形成对比的是报废与回收环节的相对低效。目前来看,动力电池的回收率并不高。

近期,一份国务院发展研究中心的调查报告显示,截至2023年,中国新能源汽车动力电池规范化回收率不足25%。并且存在市场准入门槛低、闭环回收利用链条不清晰、标准体系不完善、技术水平偏低、政策体系不健全、商业模式创新不足等问题。

研究机构EVTank在《中国锂离子电池回收拆解与梯次利用行业发展白皮书(2023年)》中的统计数据显示,2022年中国实际回收处理的废旧锂离子电池仅为41.5万吨,远低于当前的行业产能。

当前,我国新能源汽车主要采用动力电池随车销售的模式,电池的最终所有权和使用权均为终端消费者所有,消费者可以自主决定废旧电池的处理。如将废旧动力电池通过以旧换新形式卖给车企,或直接进行报废处理。但目前有大量废旧动力电池流入不可控的其他渠道。

由于近年来上游原材料价格高涨,高额的利润空间驱使非正规市场主体抢购报废的动力电池。并且由于新能源车报废制度尚不完善,导致消费者直接将新能源汽车进行报废处理获得的收益较低。

与此同时,行业充斥着大量不具备技术能力、生产条件、环保处理能力的小企业。根据统计,我国的废旧动力电池回收企业数量发展很快,但大多为规模较小、工艺传统的小企业。废旧动力电池回收的市场格局还未显现,市场秩序还未形成,行业整体处于初级发展阶段。

目前主流的电池回收企业都面对电池回收能耗大,经济成本高,并会产生大量有毒副产品。如何开发更高效的回收技术,探索打通整体产业链的回收模式,甚至从锂电池的源头考虑回收问题,提高回收的经济效益,是行业参与者一直在解决的问题。

中国科学院北京纳米能源与系统研究所将材料接触起电这一物理现象与催化学科交叉融合,提出接触电致催化新机制,并开发了一种绿色、经济、高效的锂电池回收技术。

根据相关负责人介绍,二氧化硅无须任何化学修饰,作为介电粉末催化剂成本低廉,符合大规模商业应用需求,而且只需通过简单的离心分离就可实现回收、循环利用,从而降低成本。面对当前废弃锂离子电池指数级的增长,有必要开发一种高效、经济、绿色的回收方法。

2023年2月,美国劳伦斯伯克利国家实验室宣布,已开发出一种快速释放黏结剂,使用这种快速释放黏结剂的锂离子电池在回收时,只需要拆开后放入常温碱性水,轻轻摇动就能将电极成分分离,之后将所需要的成分从水中滤出并风干即可。这种设计不再是先设计电池并试图在事后创建回收过程,而成为了第一个为了回收的设计。

欧洲是中国锂电池出口的主要市场,《欧盟电池与废电池法规》的发布,对我们是挑战,也未尝不是契机。我国作为锂电新能源产销大国,在碳达峰和碳中和的总体目标下,绿色和可持续发展是锂电产业发展的必由之路。目前,我国动力电池回收已经形成产业规模,具备一定的产业和技术优势,但中国电池企业在全生命周期碳足迹方面的积累还比较薄弱。随着欧美以更严格要求驱动电池产业绿色低碳转型,我国产业也应紧跟脚步,在全产业链的碳足迹数据收集和认定、电池材料的回收利用等方面,完善规范体系,统一认定标准,提高资源循环利用效率,实现真正的绿色新能源。

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