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动力电池回收这块蛋糕将如何划分?让我们拭目以待!

2023-04-07 14:55:47 来源:湿法冶金萃取知识分享
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简介:从能源角度看回收是能源金属资源供给重要补充渠道:新能源汽车市场的蓬勃发展导致动力电池材料需求的急剧增长。在市场需求拉动之下,上游镍、钴、锂等原材料出现供需失衡导致原材料价格暴涨,给下游正极材料企业和动力电池企业在采购原料方面造成极大的压力。镍、钴、锂供应端较为紧张。因此,废旧动力锂电池(2022全国退役动力电池回收、梯次及再生利用交流会​)的回收将实现对金属材料的再利用,制造商可以从供应端抵消部分电池材料价格波动带来的负面影响,创造较高的回收收益。
从能源角度看回收是能源金属资源供给重要补充渠道:新能源汽车市场的蓬勃发展导致动力电池材料需求的急剧增长。在市场需求拉动之下,上游镍、钴、锂等原材料出现供需失衡导致原材料价格暴涨,给下游正极材料企业和动力电池企业在采购原料方面造成极大的压力。镍、钴、锂供应端较为紧张。因此,废旧动力锂电池的回收将实现对金属材料的再利用,制造商可以从供应端抵消部分电池材料价格波动带来的负面影响,创造较高的回收收益。

目前锂电池多种核心金属材料供给大多来源于国外,长期来看或对国内供应链安全产生不确定性。电池回收未来或可贡献可观的金属材料增量,特别是目前国内仍是全球正极材料及电池的主要供应商,还是全球重要的新能源车消费市场。锂电池回收领域是天然的城市矿山比国外采购有距离优势。

2021年全球锂资源产量结构
我国钴矿资源相对稀缺,独立钴矿床尤少,主要伴生于铁、镍、铜等矿产中。我国钴储量约8万吨,占全球总储量的1.05%。且存在着品位低、分离难度较高、伴生矿多、矿床规模小等问题,国内供少需多导致钴原材料对外依赖程度高。中国目前已知的钴矿产地有150余处,分布于24 个省(区),主要分布在甘肃、山东、云南、河北、青海、山西6省,占比达全国70%。
从回收来源来看,报废电池提取的金属重量占比将逐步提升。由于钴主要来自消费电池及三元电池,其中消费电池回收时间相对较久,当年报废电池当年回收的比例较高,因此预计报废电池提取的金属中钴重量占比将一直维系高位。除了钴外,由于动力及储能电池装机量增速较高,镍钴锂将主要由动力及储能领域报废的电池提取,随着时间推移、退役电池快速放量,报废电池中提取的镍钴锂重量占比将逐渐提升,其中预计 2024 年后动力再生锂中电池废料将超过边角料。

2021 年印尼及菲律宾镍资源产量占全球 50%,矿业政策等会对镍价产生较大影响。镍矿类型主要分为硫化铜镍矿和红土镍矿两大类。我国镍资源 储量280万吨,约占全球2.94%,且主要以硫化铜镍矿为主,约占全国总量90%,同时我国镍矿主要分布在甘肃,保有储量约占全国的60%。

硫酸镍价格走势(万元/吨)
锂电池回收的机遇来自动力电池退役潮:最近几年新能源汽车产销量大幅增长,锂电池将在未来面临较大退役规模,据我们测算 2029 年回收锂电池将进入 TWh 时代。
我国目前尚未对电池回收有类似欧盟的具体指标,但作为纲领性文件,《十四五工业绿色发 展规划》表明,要在 2025 年建成较为完善的动力电池回收利用体系。
为了加强新能源汽车动力蓄电池回收利用管理,规范行业发展,推进资源综合利用,国家 陆续出台多项政策、办法。特别是 2018 年以来,政策密集发布,动力电池回收逐步规范完善。

全球报废电池提取金属重量占比
2022 年8月,工信部官网发布信息,为加强动力电池回收利用体系建设,将研究制定《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理办法》和行业急需标准,健全动力电池回收利用体系,支持柔性拆解、高效再生利用等一批关键技术攻关和推广应用,持续实施行业规范管理,提高动力电池回收利用水平。
根据落实生产者责任延伸制度,汽车动力电池回收的责任主体包括汽车制造商和动力电池制造商以及第三方回收企业。
根据回收主体的不同,目前废旧动力电池回收主要有三种模式,分别为:以生产企业为主的回收模式、行业联盟回收模式、第三方企业回收模式。动力电池企业多采用动力电池企业回收模式,凭借自身渠道优势延伸产业链,开辟电池回收 业务;整车企业等多采用行业联盟回收模式,整合行业内资源,共同拓展回收渠道;第三方回收企业缺少渠道优势,需要自主搭建回收网络,发挥回收网络优势。
动力电池全生命周期价值链流程是 “动力电池回收—镍钴锂电池原料再造—电池材料再造—动力电池再造”。锂电池回收利用,指的是将报废的锂电池集中回收,通过物理、化学等回收处理工艺循环利用电池或将电池中具备利用价值的金属元素如锂、钴、镍等提取出来。
以三元锂电池为例,当三元锂电池的现有容量仅占原有容量80%以下的时候,三元锂电池的电化学性能将难以满足电动汽车正常动力需求,即可回收处理。回收处理后的废旧三元锂电池及其材料最终可重新应用于锂电池领域或粉末冶金等领域。一般情况下,动力电池的使用寿命在5-8年左右, 而一辆新能源汽车的寿命远超10年,因此理论上新能源汽车在使用期限内需要更换1-2次电池。
动力电池回收方式分为直接回收及梯次利用,梯次利用指的是将电动汽车上性能下降到初始性能80%以下的电池退役、检测,然后将性能较好的电池筛选重组后在某些使用条件相对温和的场合进行二次利用。梯次利用下的退役电池主要运用在储能、电信基站与低速电动车等领域。其中,磷酸铁锂电池循环寿命更长、安全性更高,适合梯次利用。


动力电池梯次利用途径
锂电池回收产生的原料主要有:①正负极材料、②电解质、③电解质溶剂、④隔膜、⑤粘结剂等。锂电池全生命周期价值链的意义在于环保和经济:
(1)环保。原料将对于环境造成一定的破坏,如作为正极材料的钴等重金属会改变环境酸碱度,电解质及其溶剂可能产生氟污染与有机物污染等。
(2)经济。被电池制造商与其产业链上下游公司利用,实现资源的节约。汽车制造商如蔚来、动力电池制造商如宁德时代已开始布局新能源汽车换电业务。另外换电模式的推广将有利于汽车制造商或动力电池制造商作为回收主体提前锁定废旧电池来源,实现批量回收,从而提高回收效益。
锂电池回收过程包括预处理和后续处理两个阶段:预处理过程首先需要采用物理方法对废旧电池彻底放电,然后对电池进行拆解以分离出正极、负极、电解液和隔膜等各组成部分。
后续处理环节是对拆解后的各类废料中的高价值组分进行回收,其中回收难度和回收价值最高且被研究最多的部分应属电池正极活性材料中能源金属的回收,对此根据其工艺原理将研究方法分为化学回收、物理回收以及生物回收。
各电池回收方法对比;物理回收:拆解后修复再利用,环保但回收效率有限;火法回收:工艺流程相对简单,能耗较大和污染或是限制;湿法回收:资本开支较大,可以回收全金属.
其中湿法回收技术主要指采用酸碱溶液等媒介对电极材料中的金属离子进行提取,浸出到溶液中,再通过离子交换、沉淀、萃取、结晶等方法将溶液中的金属离子以金属化合物等形式提取出来。

CWL-M离心萃取机锂电回收工业化生产
虽然湿法化学工艺较为复杂,成本较高,但该工艺的有价金属回收率较高,且工艺成熟,因此是直接拆解模式下动力锂电池回收处理的主要工艺。湿法冶金工艺比较适合回收化学组成相对单一的废旧锂电池,可以单独使用,也可以联合火法冶金起使用。是一种很成熟的处理方法,比较适合回收化学组成相对单一的废旧锂电池,中小规模废旧锂离子电池的回收。工艺稳定性好,但不同类型锂电池需开发专门的湿法工艺,成本相对较高,环保要求高。

湿法回收工艺
废旧动力锂电池的化学和物理回收工艺都有各自的优缺点,回收对象也不尽相同。因此,如果通过优化,采用联合回收工艺的方法,可以发挥各种基本工艺的优点,尽可能回收可再生资源和能量,可以提高回收的经济效益。动力电池回收逐渐形成以“湿法为主,其他技术为补充”的工艺路线。
国内方面,赣锋锂业采用火法-湿法联合处理工艺,把矿石提锂技术(火法焙烧,含氟废气 处理)嫁接到磷酸铁锂电池的回收,形成特色的火法-湿法联合处理铁锂技术,有效解决额 含氟尾气处理及能耗高的问题。
格林美采用湿法工艺,废料经过破碎分选,除去金属碎片, 通过酸浸、萃取、分离得到各种目标金属盐溶液,然后通过共沉淀制备三元前驱体产品或由氯化钴制备碳酸钴,煅烧后制备四氧化三钴,含锂萃余液则用来制备锂盐产品。华友钴业、邦普循环、天奇金泰阁、光华科技、赣州豪鹏、芳源环保、以及海外公司 Li-Cycle 等均主要采用湿法提取镍钴锂等金属或相应盐类。
随着新能源汽车市场景气度持续提升,以及动力电池退役潮的来临,锂电回收业务的货源 后期将得到一定的保障。同时国家出台相关政策扶持、规范电池回收利用业务,也给合规企业布局电池回收提供有力支援。在此情况之下,率先在电池回收利用领域后进行战略布局的企业将抢占市场先机,进入电池回收白名单是国家对企业在电池回收利用方面的资质认可,是企业开展电池回收利用业务的强大后盾。
关键电池原材料对电池成本影响较大,同时也是保障终端产能释放的核心要素,自2021年以来,各锂电池生产企业加速布局上游资源,以构建一体化产业链,巩固自身竞争力,除了原生资源外,电池回收或是各企业的重要战略方向。 上市电池产业链上游企业华友钴业及赣锋锂业等、环保企业旺能环境等、 车厂及电池企业等纷纷布局回收产能。
环保公司(尤其以危废处理为传统主业的上市公司)积极切入锂电回收赛道,结合自身优势,寻求业绩增长点,代表公司包括超越科技、旺能环境、浙富控股等。相比动力电池生产商,环保公司转型锂电回收业务在处理资质、环保公司配套方面具备以下优势:
1)目前废弃锂电池虽未列入国家危险废物名录,但由于其含有镍、钴、锰等重金属,且其中含有的六氟 磷酸锂等已列入我国危废名录,因此锂电回收企业仍需环保厅核准的《危险废物经营许可证》,部分环保公司深耕危废产业多年,具备相关废弃物处理资质,在动力电池回收方面具备更高规范性;
2)环保公司在提供环保综合解决方案方面优势显著,例如配备完善的二次污染处理设施。目前锂电回收在行业政策建立方面尚不完善,政策推动下随着行业规范程 度提升,锂电回收行业在企业资质、环保配套等方面将持续受到重视。
早在2018年,工信部、科技部等 7 部门联合发布《新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》,其中明确整车企业需承担动力锂电池回收的主体责任。
2020年、2021年均有政策强调动力电池回收利用溯源管理的主体责任。因此从生产者责任主体来看,电池回收料的三种来源依次是正极材料厂的边角料、电池厂的边角料、汽车电池的报废料,未来随着新能源车报废潮的来临,车企或在电池回收中处于核心地位,积极与车企、电池厂形成良好绑定的企业或具备渠道优势。
最终动力电池回收这块蛋糕将如何划分,让我们拭目以待。
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