全面分解鋰離子電池梯次利用及資源化回收

鋰離子電池的梯次利用和回收主要基于環境保護、資源節省、有利可圖三個方面：

環境保護：鋰離子電池的正極材料里蘊含鎳、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；中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，鋰離子電池需量增加，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

最早在2012年的時候，國務院發布的《節能與新能源汽車產業發展規劃》中提到了“制定動力電池回收利用管理方法”；

2014年國務院辦公廳發布了《關于加快新能源汽車推廣使用的指揮意見》，研究制定動力電池的回收利用政策；

2015年財政部、科技部、工信部、發改委在《關于2016-2020年新能源汽車推廣使用財政支持政策的通知》中提到“要讓電動車及動力電池企業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發布了一系列政策，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3月，七部委聯合發布了最新的《關于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電池先進行梯級利用，再進行資源化回收；

落實加工者責任延伸，即“誰加工，誰負責”；

建立動力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，國家對企業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；

動力電池：用在新能源汽車上的電池，乘用車上主要是三元電池，商用車主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，主要使用的是磷酸鐵鋰離子電池。

梯次利用有哪些？舉個例子，例如將電池用在新能源汽車上，電池洋溢電的時候是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，例如使用在低速車、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。

鋰離子電池梯次利用及資源化回收最全面分解

2017年中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。依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，這部分電池的衰減需要逐步回收利用。

依據近年新能源汽車動力電池的需求量測算，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，即下一個增長點。依據高工鋰電、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，年復合增長率達到50%，可以說鋰離子電池的回收會成為下一個市場風口。

鋰離子電池梯次利用及資源化回收最全面分解

據高工鋰電的統計，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由主要有以下幾點：

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企業像邦普等已經基本達到了標準。

2、磷酸鐵鋰

動力電池主要分為磷酸鐵鋰，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一樣，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。

寧德時代做過上述測算，退役之后的磷酸鐵鋰動力電池可以作為儲能電池使用至少5年。磷酸鐵鋰如果筆直報廢、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，如果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。一般電池容量與功率的匹配比為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，拆解完需要對不同的單體電池依據電池模組的性能、壽命等進行整合；

全生命周期追溯技術：通過BMS提供的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與動力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺，平臺以電池加工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范疇。

此外三元電池所含的鎳鈷錳價格比較高，即使筆直拆解，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，如果將拆解下來的鎳鈷錳再去做三元材料的前驅體，價格更高，以寧德時代為例，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解決，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）：

鋰離子電池梯次利用及資源化回收最全面分解

機械分選法：機械手段破裂篩分，筆直分選

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出產成為材料

濕法（化學法）：

鋰離子電池梯次利用及資源化回收最全面分解

濕法冶金：用化學試劑溶解分離浸出

化學萃取：用試劑分離

離子交換：用離子實現交換

生物回收技術：

主要是用微生物浸出，目前來說還比較難，技術問題有待沖破。

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，這也是比較推薦的辦法。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：加工者責任延伸+消費者押金制度

以特斯拉為例，2015年特斯拉發布了POWERWALL用于儲能市場，做鋰離子電池的梯次利用。

2、德國：加工者承擔主要責任

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+對電池加工企業補助

日本從國家層面立法，對電池加工企業回收進行補助。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，它的回收主要有三步：先建立回收網絡，然后對回收的電池進行具體評估，選擇是維修還是梯次利用，對于完全喪失再利用價值的電池進行拆解和化學解決。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、鉛酸蓄電池回收

2016年我國鉛酸蓄電池的加工量達到400萬噸，鉛的價值含量達到400億，從技術方面看，我國鉛酸蓄電池的回收率可以達到98%，但實際回收率惟有30%，主要的問題在于始終沒有建立一個規模化的網絡。

回收主體應當實施加工者責任的延伸制度，即汽車加工企業、電池成產企業、第三方資源回收再生企業作為回收的主體，其中汽車加工企業是重點。

商業模式上，建立回收網絡，進行專業化解決兩者有機結合，目前已初具雛形。將來的行業競爭邏輯也主要聚集在這兩點：

建立全國的回收網絡，萌生規模效應，可以攤薄成本；

沖破技術門檻。

目前來看，2017年我國梯次利用的電池非常少，主要問題在于經濟性。依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主要原由在于成本，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。以煦達動力電池溧陽項目為例，測算結果聲明，儲能項目靜態投資回收期在6年左右，如果要萌生收益則需要運營滿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分明，但是隨著電池成本的下降，將來梯次利用的市場會逐步爆發。

投資并購

1、中國鐵塔

鐵塔公司是由中國電信、中國移動、中國聯通共同出資設立的大型通信基礎設施綜合服務企業，主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1月初，鐵塔公司與重慶長安、比亞迪、銀隆新能源、沃特瑪、國軒高科、桑頓新能源等17家企業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，寧德時代是動力電池行業龍頭，兩大龍頭聯手卡位動力電池的回收，2018年3月共同簽署了戰略合作諒解備忘錄。

寧德時代在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，寧德時代就已經并購了邦普；2017年廈門鎢業收購了贛州豪鵬；2018年并購的案例更多一點。

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