动力电池回收行业报告.pdf

中国动力电池回收行业分析 lxd 2022年 7月 声明 本报告版权作者所有，仅供内部交流使用。未经书面许可任何机构和个人不得以任何形式使用、 复 制或传播。任何有关本报告的摘要或节选都不代表本报告正式完整的观点。本报告基于已公开的资 料 或信息撰写，但不保证该资料及信息的完整性、准确性。本报告所载的信息、资料、建议及推测仅 反映 作者于本报告公开发布当日的判断，在不同时期，可能撰写并发布与本报告所载资料、建议及推 测不一 致的报告。不保证本报告所含信息及资料处于最新状态；将随时补充、更新和修订有关信息及 资料，但 不保证及时公开发布。 本报告仅供参考之用，不构成出售或购买证券或其他投资标的要约或邀请。在任何情况下，本报 告中的信息和意见均不构成对任何个人的投资建议。任何形式的分享证券投资收益或者分担证券投资 损失的书面或口头承诺均为无效。投资者应结合自己的投资目标和财务状况自行判断是否采用本报告 所载内容和信息并自行承担风险，作者 对使用本报告及其内容而造成的一切后果不承担任何法律责任。 行业背景 当下能源危机和环境问题成为世界挑战，发展新型环保能源、改革新能源消耗方式也是中国面临的重 大课题，发展新能源汽车成为大势所趋。根据《汽车产业中长期发展规划》，到 2020 年新能源汽车年产 销目标将达到 200 万辆，累计产销量超过 500万辆。 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，新能源汽车的动力电池 有 使用年限。在电动汽车的动力电池退役后，如果处置不当，随意丢弃，一方面会给社会带来环境影响和安 全隐患，另一方面也会造成资源浪费。因此，动力电池回收利用十分重要。 动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供 动力的蓄电池。除非有特殊说明，本文动力电池主要是指磷酸铁锂蓄电池、三原材料电池等。 新能源汽车的飞速发展，推动电池回收利用行业高速发展的到来 推广、应用新能源汽车已 成为全球主流。近年来，我国也在积极推广、普及使用电动汽车。随着快速增长的新能 源 汽车市场而来的是对动力电池的需求。 据统计数据显示，我国新能源汽车产量快速增长，从 2013年的 1.8万辆增长至 2017年 79.4万辆，涨幅达 4311%。 2018年新能源汽车生产 125.75万辆，销售 124.7万辆，比上年同期增长 60.9%和 62%。 动力电池组成本占新能源汽车售价的 40%，电池组有效生命 3-6年 高工产业研究院发布的数据显示， 2018 年全国新能源汽车动力电池装机总量约 56.98GWh，同比大幅增长 56%。到 2020 年国内新能源汽车动力电池装机总量有望达到 123GWh。目前动力电池中的主要类型为磷酸铁 锂及三元锂电池， 2018 年磷酸铁锂及三元锂电池份额占比分别达到 38%和 54%。 动力电池需要频繁的充放电，很大程度上影响了电池的容量，而一般动力电池容量衰减到初始容量的 80% 以 下，便达到了设计的有效使用寿命，需要进行更换，使用寿命一般在 3-6年。因此 2014年乘用车电池开 始进 入批量报废期。 动力电池回收利用体系建设具备经济与环保的双重意义 材料种类 具体物质 化学特性 产生的影响 正极材料 钴酸锂、锰酸锂、磷 酸 铁锂等 与酸碱反应后，产生重金 属 重金属污染，升高环 境 PH 值 负极材料 石墨等 燃烧后产生一氧化碳并带 来 大量粉尘 燃烧产生的一氧化碳和 固 体粉尘颗粒污染空气 电解液溶质 六氟磷酸锂、四氟硼 酸 锂、高氯酸锂、二草 酸 硼酸锂 具有强烈的腐蚀性，遇水 或 高温能够产生有毒气体 产生的毒气体污染空气 并 经由皮肤、呼吸对人体造 成 刺激 电解液溶剂 EC、 EMC、 DMC 燃烧能够产生一氧化碳 有机物可通过皮肤、呼吸 接 触，对人体造成刺激 其他材料 含氟聚合物 与氟、浓硫酸、强碱、碱 金 属产生反应 受热分解产生氢氟酸和 氟 污染 动力电池类型 主要包含 金属 镍含量占 比 钴含量占 比 锰含量占 比 锂含量占 比 稀土元素含 量占比 镍氢电池 镍、钴、铼 35% 4% 1% - 8% 钴酸锂电池 锂、钴 - 18% - 2% - 磷酸铁锂电池 锂 - - - 1.10% - 锰酸锂电池 锂、锰 - - 10.70% 1.40% - 三元系材料 锂、镍、 锰、 钴 12% 5% 7% 1.20% - 锂离子动力电池外层为塑料、铝、铁质外壳包裹，内层包括正极、负极活性物质、铝或铜箔集流体、粘接剂和聚乙烯或聚丙烯 多 孔隔膜材料、电解液及其电解质盐等多种物质及化学材料。在正极、电解液等多种材料中也含有钴、镍、铜、锰、有机碳酸酯 等具有一定毒害性的化学物质，部分难降解的有机溶剂及其分解和水解产物会对大气、水、土壤造成严重污染并对生态系统产 生破坏；钴、镍、铜等重金属在环境中的富集效应最终会对人类健康带来损害。 从锂电池所含主要材料及化学物质可以看出，动力电池中含有大量可回收的高价值金属，如锂、钴、镍等，回收后能够产生较 大的经济效益。与此同时，回收的金属能够在一定程度上增加部分材料在国内的供给来源，具备经济性。 资料来源：侯兵《电动汽车动力电池回收模式研究》，国海证券研究所 2025年动力电池 回收利用电池超过 134GWH， 行业容量超过 600亿 据预测，从企业质保期限、电池循环寿命、车辆 使用工况等方面综合测算， 2018年后新能源汽车动力蓄 电池将进入规模化退役，预计到 2020年累计将超过 20万 吨（ 24.6GWh）。 随着新能源汽车的进一步推广，电动汽车保有量 将提升，动力蓄电池市场需求进一步释放。未来，动力 电池回收市场规模扩大，行业前景广阔。 动力电池梯次利用及回收政策持续加吗，引导和规范行业发展 动力电池回收再利用产业链 动力电池回收利用主要是梯次利用和拆解回收方法 动力电池的生命周期一般包括生产、使用、报废、分解以及再利用。 《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》中提出按照先梯次利用后 再 生利用的原则，开展动力蓄电池的综合利用，因此梯次利用及再生利用是 当前 动力电池回收的两大技术。 梯次利用： 车用动力电池的电池容量降低为 80%后，其充放电性能将不能满 足汽车行驶的要求，需要报废，此类动力电池除了化学活性下降外，电池内 部的化学成分并没有发生改变，其中仍有 20%容量可用于电量需求较小的领 域，即电池容量低于 60%才不再具有使用价值，因此电动汽车使用的电池容 量仅占动力电池全生命周期可用容量的 50%，若从电动汽车上拆卸下来的电 池直接拆解回收，将造成 50%的能量浪费，将这类电池重组后，梯次应用于 比汽车电能要求更低的场合，实现电池容量的充分利用；对于再利用循环寿 命较小，以及容量低于 60%的动力电池，将不再具有使用价值，这类电池需 要进行拆解回收， 拆解利用 是指对已经完全报废的动力电池进行破碎、拆解 和冶炼等，实现镍钴锂等资源的回收利用。将电池拆解回收提取出有价值的 金属和材料，之后再将回收的金属和材料应用于电芯、模块、系统的生产中， 动力电池回收利用主要是梯次利用和拆解回收方法 使动力电池整个生命周期形成一个闭环状态。 梯次利用：磷酸铁锂最优选择，应用包括通信、储能及低速车 通信基站是动力电池梯次利用最为适合的场景 通信基站通常由电网系统供电，但是考虑到停电期间需要后备电池保证稳定运行，通信基站通常采用铅酸电池进行储能。铅酸电池 作 为储能蓄电池，具有成本低、维护方便的优势，但通常体积、重量较大，电池容量有限，循环使用寿命仅 500-900 次，同时生产 及回 收过程中所用的电池主要材料铅、硫酸等如处置不当将严重影响环境。国家政策对铅酸蓄电池持严格管理的态度，出台了包括 对铅 酸蓄电池行业征收 4%的消费税、低速电动车驱动形式规定为锂电池、电动自行车新国标对整车重量及外观进行约束提高铅酸电 池使 用门槛等多项措施。 对比之下，虽然梯次利用电池单价高于铅酸电池，但考虑到循环寿命、电池容量等因素，铅酸电池与梯次利用电池性价比至少为 1:1.2，梯次利用电池使用寿命内每 KWh 摊销费用仅为铅酸电池的 1/3 左右。加之国家政策支持、环保考量等因素，在通信基站上以 梯 次利用动力电池替代原有使用的铅酸蓄电池成为新趋势。 铅酸电池与梯次利用磷酸铁锂电池在储能方面的对比数据 电池性能指标 铅酸电池 梯次电池 标称循环寿命 400-600 400、 800、 1500、 2000 能量密度（ Wh/kg） 40-45 60-90 工作温度 （ ℃ ） 5-30 -20-55 性价比（ 将铅酸电池归 1 进行计算 ） 1 1.20、 2.13、 3.61、 4.44 梯次利用：电力系统储能为梯次利用提供大规模应用空间 用电侧：峰谷价差驱动储能需求 2018 年 7 月，国家发改委发布《关于创新和完善促进绿色发展价格机制的意见》，提出加大峰谷电价实施力度，通过扩大高峰、 低谷电价价差和浮动幅度，引导用户错峰用电，促进储能发展。 目前我国各省 35KV 以上工商业用电峰谷电价价差超过 0.4 元 /千瓦时，北京、江苏、广东等地峰谷电价价差超过 0.8 元 /千瓦时，用 户 侧储能具备经济性。 梯级利用有望成为低速电动车蓄电池替代的优选，市场规模超 过 200亿元 低速电动车涵盖电动自行车、电动摩托车、电动三轮车、低速电动汽车等，高工产研电动车研究所的不完全统计数据显示，截至 2017 年底，全国低速电动汽车保有量超过 200 万辆，预计到 “ 十三五 ” 末期，全国低速电动车整体年产销量将达到 300-500 万台。 我国四轮低速电动车应用主要是以铅酸电池为主，但未来四轮低速电动车锂电化已经非常明确；电动三轮车目前保有量超过 5000 万 辆，主要应用领域是农 村地区作为生产力工具另外还有城市快递物流车；电动自行车方面，社会保有量已经高达 2.5 亿辆。 2018 年 5 月，工信部发布《电动自行车安全技术规范》国家标准，规定装配完整含电池的电动自行车整车质量应当小于或等于 55kg， 而 铅酸电池自身重量即有 17kg 左右，整车质量限制有望促进电动车生产企业采用质量较轻的锂离子电池，梯级利用情况下锂电池的 其全 生命周期成本亦低于铅酸蓄电池，因此，梯级利用有望成为新国标下电动自行车蓄电池的优选。 目前梯级利用电池应用于低速车领域主要是在快递车上得到了较快发展，陶志军等在《中国动力电池回收利用产业商业模式研究》 中 引用萝卜科技统计数据显示，当前将退役电池应用于低速车每千瓦时成本约 650 元，按照年新增产量 50%采用锂电池替换铅蓄电 池的 假设，预计低速电动车替代领域有望拉动梯级利用锂电池需求约 205 亿元。 拆解回收是动力电池关键方法，三元电池是拆解回收主要类型 成本拆分 从动力电池的材料成本拆分来看，目前动力电池包括磷酸铁锂电池、三元电池等，动力电池主要由正极材料、 负 极材料、电解质、隔膜四部分构成，其中正极材料价值量最高，为动力电池回收的重点。 磷酸铁锂中的正极材料成本占比 23%，负极材料占比 6%，电解液占比 11%，隔膜占比 11%。 三元锂电池同样为正极材料最高。正极材料成本占比达 35%，负极材料占比 5%，电解液占比 8%，隔膜占比 8%。 动力电池拆解再利用工艺主要步骤 动力电池的回收过程大致可分为 “ 预处理 -材料回收 -筛选制备 ” 三个步骤。预处理阶段主要对电池进行放电、拆解、粉碎、分选等， 分 离出电池的金属外壳、电极材料；材料回收阶段是动力电池再生利用的关键环节，主要通过溶解、萃取、沉淀、电解等多种方式以 单质、化合物或混合物的形式分类回收各种有价材料，一般包括物理回收、化学回收和生物回收三大方法，其中化学回收主要以湿 法回收技术为主；回收有价材料后，需要通过添加化学物质调整溶液中的材料比例，制备出锂离子电池正负极材料。 动力电池拆解再利用主要工艺介绍 锂离子电池是动力蓄电池中最常使用的类型产品。锂离子电池是以锂掺杂金属的氧化物作为电 极，以锂离子的传递来完成充放电。 锂 离子电池是充电电池，一般由正极、负极、隔膜、电解液等组成。 动力蓄电池的回收工艺技术多样，适合不同情境下的应用。 ➢ 高温冶金法 用高温焙烧经简单机械破碎的废弃锂离子电池，筛分 得到含有金属和金属氧化物的细粉体。 工艺特点：工艺相对简单，适合大规模处理；但电池 电解质和其他成分燃烧易引起大气污染。高温冶金工艺流程 如图。 动力电池拆解再利用技术工艺 ➢ 湿法冶金 将废弃电池破碎后，用合适的化学试剂选择性溶解，分离浸出液中的金 属元素。工艺特点：工艺稳定性好，适合中小规模废旧锂电池的回收； 但成本较高，废液需要进一步处理。 三元电池中高价值金属含量较高，采用湿法回收工艺对有价材料的回收 效率较高，收益明显。根据陶志军等人的测算，采用湿法回收工艺回收 每吨三元电池的平均收益超过 17000 元，而处理成本约 15000 元，因此 湿法回收工艺回收每吨三元电池可获得收益约 3000 元。 ➢物 理拆解 将电池组经破碎、过筛、磁选分离、精细粉碎和分类后得到的高含量物 质，再进行下一步回收的过程。工艺特点：工艺十分环保，不会有二次 污染；但处理效率低，耗时长。 ➢ 联合回收工艺 通过优化，采用联合回收工艺的方法，发挥各种基本工艺的有点，尽可 能提高回收的经济效益。 动力电池回收再利用典型公司及工艺 目前电池回收领域主流参与企业包括以宁德时代为代表自建回收体系电池生产厂商、以格林美为代表第三方专业回收拆解利用企业、 以 及以赣锋锂业为代表正积极布局中的锂电池上游原料提供商。 随着新能源汽车产业链的持续扩张，相关公司在切入动力电池回收利用领域的同时，也在积极布局电池材料生产领域。具体来看， 拆 解方面，湖北格林美、湖南邦普等开发了自动化拆解成套工艺，北京赛德美开发了电解液和隔膜拆解回收工艺。 再生利用以湿法冶金及物理修复法为主。湿法冶金方面，湖南邦普开发了 “ 定向循环和逆向产品定位 ” 工艺，湖北格林美开发了 “ 液相合成和高温合成 ” 工艺。 物理修复方面，赛德美对电池单体自动化拆解、粉碎及分选，再通过材料修复工艺得到正负极材料。 国外回收工艺则以火法冶金和湿法冶金为主。比利时 Umicore、美国 RetrievTechnologies、日本住友金属矿山等都是全球较为知名的 锂 电池再生企业，他们的回收主要是针对动力电池的有价金属元素如锂、镍、铜，其他的价值较低的组分关注很少。 动力电池回收再利用模式 目前动力电池回收市场较为规范的参与者包括动力电池（或材料）生产商、专业第三方回收企业、行业联盟等。 动力电池生产商回收模式 要求电池（或材料）生产商与电动汽车生产 商签订较为明确的合作协议，确定报废电池 销售价格、回收金属材料后再制造的 电池 销售价格等。在执行过程中由于是单 个厂 商主导，较适用于自产产品，容易出 现回 收渠道少、规模小等问题 专业第三方回收企业回收模式 此种模式要求自建回收网络与物流， 投入成本较高，回收与处理的前、 后端均直接面对市场，经营风险自 负。 行业联盟回收模式 此种模式覆盖范围广、回收网络庞 大，回收成本由联盟企业共同承担， 回收收益由联盟企业共享，利于调 动回收参与各方积极性，同时物流 成本低、规模经济效应明显。 资料来源：侯兵《电动汽车动力电池回收模式研究》，国海证券研究所 动力电池回收再利用行业内主要公司 日前，工信部按照《新能源汽车动力蓄电 池回收利用管理暂行办法》要求，依据《新能 源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条 件》，经企业申报、省级工业和信息化主管部 门审核、专家评审、现场核查和网上公示等程 序，将符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合 利用行业规范条件》企业名单（第一批）予以 公告。 我国的动力蓄电池回收产业正处于起步阶段， 符合规范条件的企业并不多。据名单显示， 第一 批共有五家企业入围。 动力电池回收再利用行业内主要公司 动力电池回收再利用行业市盈率中位数约为 34倍 国轩高科： 2012 年就开始了动力电池的回收工作，并于同年规划建设了 1.3MW 纯电量和 4.4MW 集装箱式纯电量的梯次利 用 项目。至 2017 年年底，国轩高科储能市场销售规模约 10 亿元，并建成电池拆解资源回收中试线，日处理 2000只电芯。 赣锋锂业：赣锋循环是江西赣锋锂业股份有限公司与 2016 年成立的全资子公司，主要从事废旧电池、金属废料的回收加工及 销售，其正在进行中的一期项目建成后年处理废旧锂离子电池 34000 吨。 宁德时代（邦普） 目前年处理废旧电池总量超过 2 万吨、年生产镍钴锰氢氧化物 1 万吨，总收率超过 98.58%。 2017 年 3 月 25 日， 邦普在湖南追加投资 12.26 亿元年产 10 万吨的动力电池回收处理工厂于正式开工。预计一年半内建成投产，三年内达产。项目建成 后，公司将增加三元前驱体 3.6 万吨 /年、碳酸锂 7000 吨 /年、环保砖 4.86 亿块 /年。 格林美建成世界最大废旧电池与钴镍钨资源循环利用基地，世界最大超细钴粉制造基地，世界最大三元动力原料再制造基地，年回 收 钴资源与中国原钴开采量相当，年回收钨资源占中国原钨开采量的 8%，年回收锗资源占世界锗产量的 6%，年循环再造锂离 子电池正极原料占中国市场的 20%以上； 2017 年 5 月 6 日公司公告称，拟定增不超过 5.87亿股，募集资金总额不超过 29.51 亿元 ，将用于绿色拆解循环再造车用动力电池包项目、循环再造动力三元材料用前驱体原料项目 (6 万吨 /年 )、循环再造动力电池用三元 材 料项目 (3 万吨 /年 )。 动力电池回收行业存在的问题 虽然动力蓄电池回收产业市场前景广阔，但目前处于起步阶段，各 环 节体系尚未成熟，存在以下问题： 一是回收利用体系尚未形成。 目前绝大部分动力蓄电池尚未退役， 汽车生产、电池生产、综合利用等企业之间未建立有效的合作机制。同时， 在 落实生产者责任延伸制度方面，还需要进一步细化完善相关法律支撑； 二是回收利用技术能力不足。 目前企业技术储备不足，动力蓄电池 生态设计、梯次利用、有价金属高效提取等关键共性技术和装备有待突破。 退 役动力蓄电池放电、存储以及梯次利用产品等标准缺乏； 三是激励政策措施保障少。 受技术和规模影响，目前市场上回收有 价金属收益不高，经济性较差。相关财税激励政策不健全，市场化的回收 利 用机制尚未建立。 谢谢