杏彩体育:【专家视点】锂电池回收综述

　　动力电池全生命周期价值链指的是“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”。

　　锂电池回收处理，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。以动力电池为例，当动力锂电池的现有容量仅占原有容量80%的时候，动力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。回收处理后的废旧动力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，动力锂电池的使用寿命在5年左右，而一辆新能源汽车的寿命超过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。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。如2019年8月，由比克电池与南网综合能源共建的园区梯次利用储能电站项目落地，该储能电站储能系统中主要使用的电池就是退役的三元电池与磷酸铁锂电池。

　　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。(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300750）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。

　　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上述金属材料的再利用，制造商可以从供应端抵御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均集中在海外，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以及重要的新能源车消费市场，在电池回收领域存在天然的城市矿山距离优势。

　　【锂资源】供给仍以海外为主，海外掌握定价权。从我国锂资源分布来看，据SMM，我国约80%以上锂资源赋存于盐湖中，主要分布在青海、等省(区)，而矿石锂资源主要集中于四川、江西、湖南、新疆等4省，以上4省矿石锂资源占全国矿石锂资源的98%以上

　　【钴资源】分布高度集中，2021年刚果(金)钴产量占全球7成。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。据SMM，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，占比达到70%。

　　【镍资源】CR4(行业前四名份额集中度指标)超67%，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。据SMM，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%。

　　新能源汽车产销量大幅增长，动力电池将在未来面临较大退役规模，据我们测算2029年回收原料将进入TWh时代。注：TWh时代是亿千瓦时，马斯克提出2030年动力电池的生产规模将形成TWh规模，单线GWh，这种变化必然会对现有的工艺和生产制造产生性颠覆。为了匹配终端市场需求，全球动力电池规划产能至2022年将增加至621GWh，未来三年增幅将达5倍以上。产能需求猛增的同时，单条产线的产能规划也在大幅提升，继续沿用此前的工艺和设备已无法满足要求。我国新能源汽车自2015年起迅速放量，并随后保持快速增长趋势。据中国汽车工业协会统计，中国新能源汽车2015年产量为34.05万辆，同比增长333.76%，销量为33.11万辆，同比增长342.6%，产销的同比增速均较此前水平有显著提升。2021年，我国新能源汽车产量354.50万辆、销量352.1万辆，产销水平在2015年之后持续走高。伴随动力锂电池寿命衰减至80%以下，电池的电化学性能将出现明显下滑，难以完全满足汽车正常动力需求，电池进入报废阶段。其中，磷酸铁锂电池寿命相对较长，可满足汽车正常动力需求的使用年限约5-8年，三元动力锂电池寿命较短，满足汽车正常动力需求的使用年限约4-6年。据此，可以推断出第一批磷酸铁锂电池在2020年左右进入更换周期，其余早期的新能源汽车动力电池2022年也将陆续退役。随着新能源汽车产销持续的高速增长，预计未来2-3年动力锂电池将迎来规模化的更换浪潮，动力电池回收规模也将持续扩大。

　　【欧盟】欧盟的《新电池法》提案已经进入到了欧洲议会、欧盟理事会、欧盟委员会等各方审批阶段，并已于2022年2月获得了欧盟环境、公共卫生和食品安全委员会(ENVI)的通过。目前尚未收到反对意见，若一切顺利，则《新电池法》有望于秋季获批生效。此法第八条规定：在2024年七月前完成电池的碳足迹信息的披露；2026年一月前根据其碳足迹情况对电池进行分级；2027年七月后将为其设置最高碳足迹限值。到2030年，钴、铅、锂、镍再生原材料含量占比分别达到12%、85%、4%、4%；到2035年则提升至20%、85%、10%、12%。要求在法案实施3年后，铅酸电池、锂电池、镍镉电池以及种类的电池回收率分别达到75%、65%、85%和60%；在法案实施8年后，要求四类电池的最低回收率达到80%、70%、85%、70%。【中国】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。【美国】美国也有保障新能源供应链安全及环保方面的诉求，《美国国家锂电发展蓝图2021-2030》中提到，要实现锂电池报废再利用和关键原材料的规模化回收，在美国建立一个完整的具有竞争力的锂电池回收价值链，并要在科研培训方面进行一定的投入。

　　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。早在2012年，国务院发布《节能与新能源汽车产业发展规划》，提出要制定动力电池回收利用管理办法，建立动力电池梯次利用和回收管理体系，对动力电池回收利用体系及制度建设提出明确要求。但2016年前，动力蓄电池回收利用只是作为推广应用新能源汽车政策文件的部分条款出现。值得一提的是，《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策(2015年版)》作为落实生产者责任延伸制度，可以看作是政策体系的分界线，从此之后国家相关部门开始陆续出台专门针对动力蓄电池的相关政策。2019年以来，工业和信息化部发布《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》和《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范公告管理暂行办法》，鼓励从事梯次利用的综合利用企业在基站备电、储能、充换电等领域开展动力电池梯次利用，提高电池综合经济效益。在加速能源消费结构转变，实现国家从化石能源为主导向可再生能源转型的目标下，国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》提出，争取到2025年新能源汽车销量占比20%，2035年新能源汽车销量占比50%。鼓励企业提高锂、镍、钴等关键资源保障能力；完善动力电池回收、梯级利用和再资源化的循环利用体系，鼓励共建共用回收渠道；建立健全动力电池运输仓储、维修保养、安全检验、退役退出、回收利用等环节管理制度，加强全生命周期监管。2021年以来，国家、各地政府陆续公布新能源汽车动力电池回收利用试点方案。从该阶段发布的各种政策可以看出，这些政策旨在促进行业规范化发展。其中，鼓励有实力和技术建设的正规公司部署动力电池回收利用环节是这些政策的主要方向。2021年7月，国家发展改革委印发《“十四五”循环经济发展规划》，对动力电池回收利用溯源管理体系、梯次利用作出重要指导。8月，工业和信息化部等5部门印发《新能源汽车动力蓄电池梯次利用管理办法》，生态环境部发布《废锂离子动力蓄电池处理污染控制技术规范》，规范指导废锂离子动力蓄电池处理过程。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。

　　尽管国内电池回收利用产业已经有来自政策和市场层面的双重力量助推，但整体而言依然发展缓慢，行业实际发展情况与预期差距甚远，仍面临着回收网络有待健全、梯次利用等关键共性技术有待突破、商业模式需要创新等诸多问题，产业整体还处于初级发展阶段。下一步，工信部等部门将从法规、政策、技术、标准、产业等方面，加快推动新能源汽车动力电池回收利用，包括加快推进动力电池回收利用立法，完善监管措施，加大约束力。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。

　　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。

　　物理方法回收技术是指将废旧动力电池内部成分，如电极活性物质、集流体和电池外壳等组分经过破碎、过筛、磁选分离、精细粉碎和分类等一系列手段，得到有价值产物，然后再进行修复等进一步过程。虽然物理拆解回收的处理效率较低，但由于不用消耗额外的化学品，因此工艺非常环保。

　　火法回收(高温冶金)技术首先需要对电池进行自动放电处理，然后按电池种类进行分类，通过振动筛选和磁选分离金属外壳和电极材料部分，将电极材料部分放入干电弧炉内高温处理，电极碎片中的炭和有机物将被高温燃烧掉，燃烧时会产生还原气体，对电极内金属元素具有保护作用，最终经筛选得到含有金属和金属氧化物的细粉状材料。火法冶金不仅可以分解去除粘结剂，还可利用不同金属熔沸点的差异将其分离，电池中的金属经氧化还原被分解，进而形成蒸汽挥发，通过冷凝将其收集。火法冶金工艺相对简单，兼容性较高，适合大规模处理种类繁杂的废旧锂电池，电池材料本身能提供焚烧所需的大量能耗，能最大限度地减少残留体积，但电池电解质和电极中成分的燃烧容易引起大气污染，焚烧尾气处理的压力大。

　　欧洲Umicore和BARTEC通过特制的超高温熔炉回收锂离子电池，制得钴或镍合金。