2022年动力电池回收行业发展趋势及产业链分析.docx
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1、2022年动力电池回收行业发展趋势及产业链分析1.“三重逻辑”催化电池回收市场“碳中和”对可持续和环境友好发展提出要求碳中和方向明确,环境友好的可持续发展模式是目标。2021 年 3 月 5 日,2021 年国务院 政府工作报告中指出,扎实做好碳达峰、碳中和各项工作,制定 2030 年前碳排放达峰行 动方案,优化产业结构和能源结构。新能源作为碳中和的主要产业,其目标是构建环境友 好型、资源闭环型的产业形态,最终降低碳排放的总量。现阶段电池产业快速增长,早期 的电池产品正在逐渐进入准退役阶段,电池回收是实现产业链可持续发展的必由之路。十三五、十四五规划顶层设计,电池回收政策导向明晰。新能源汽车及
2、动力电池政策是新 能源汽车行业发展的重要风向标。2016 年 12 月,十三五规划为新能源汽车的发展指出方 向,2021 年 7 月,国家发改委将废旧动力电池循环利用行动写入“十四五”循环经济发 展规划。我们认为在明确的政策宣导下,动力电池回收市场将获得蓬勃发展。行业政策助推梯次利用成未来发展方向。根据工信部出台的新能源汽车废旧动力蓄电池 综合利用行业规范条件及公告管理暂行办法,对于废旧电池要进行分级处理,即按照先 梯次利用,后再生利用的原则进行综合利用。根据前瞻网数据,2017 年,全国报废拆解 和梯次利用的锂电池(含数码锂电)共 8.3 万吨,其中拆解占比高达 95%,而该比例在 2018
3、 年为 85%。这一文件实际上为废旧电池的处理提供了指引,未来梯次利用的占比或 将慢慢扩大。动力锂电池规模化退役开启,打开市场空间新能源汽车市场高景气,动力锂电池回收市场崛起。中国新能源汽车产销量自 2012 年以 来快速增长,2021 年我国新能源汽车全年产销量分别为 354.5 万辆和 352.1 万辆,同比增 长 159.52%和 157.57%,创历史新高。2022 年 2 月产销量分别为 36.8 万和 33.3 万辆, 同比增长 197.9%和 204.4%。动力电池出货量方面,2014 年以前年出货量一直低于 1GWh,2014 年首次突破 3GWh 达 3.7GWh,2021
4、年我国动力电池出货量为 220GWh, 同比增长 175%。随着新能源汽车市场规模扩张,动力锂电池需求激增。2025 年退役动力电池规模将超过 100Gwh。新能源汽车动力锂电池的平均寿命为 5-7 年。 据中国汽车技术研究中心数据预测,2021 年国内累计退役的动力电池约 32 万吨 (40GWh)。从环境保护及经济效益角度考虑,对废旧锂电池进行回收刻不容缓。随着 20122014 年装车的动力电池退役期临近,预计 2021 年起动力电池将面临大量退役。 锂电池产品失效变化大致遵循“可靠性浴盆曲线”,即锂电池产品会在锂电池使用早期失 效率较高并呈现递减趋势,使用中期性能稳定,使用晚期因产品老
5、化失效率又开始升高。 根据 EVTank 测算,预计 2025 年国内退役动力电池规模超过 100Gwh, 2025 年国内废旧 锂电池回收市场规模达 784.1 亿元。原材料涨价,催化回收快速发展金属价格从 2020 年末进入上升通道,带动回收产业盈利性增强。受锂电池正极材料需求 驱动,上游金属普遍出现较大涨幅。2022 年 3 月底,金属钴价达到 57 万元/吨,镍价达到 23 万元/吨,锰价格达到 2 万元/吨,碳酸锂价格达到 50 万元/吨,同比均有大幅增长。锂 电池金属的高价给予回收产品更高附加值。以赣锋循环 34000t/a 废旧锂电池综合回收项目 为例,1)若按照 21 年 9
6、月的金属价格采购和出售,利润约为 3.3 亿元,利润率为 38%; 2)若按照 22 年 3 月的金属价格计算,则利润上升为 9 亿元,利润率为 58%;3)若按照 钴 35 万元/吨、镍 12 万元/吨、碳酸锂 20 万元/吨的稳定价格测算,利润为 2.6 亿元,利 润率为 30%。经测算,21 年 9 月到 22 年 3 月(金属价格高位时期)的碳酸锂价格涨幅高 达 194%,而回收利润增幅达 167%,回收利润对碳酸锂价格的弹性约 85%。2025 年金属回收规模达 170 亿元。假设单 Gwh 铁锂的正极材料耗用 0.23 万吨,单 Gwh 三元电池的正极材料耗用 0.17 万吨,20
7、20 年锂回收率为 80%,此后每年增加 2%;2020 年镍钴锰回收率为 98%,此后为 99.5%。根据稳定的金属价格测算,2021 年国内动力电 池回收金属市场规模约为 44 亿元,2025 年将达到 170 亿元,年复合增长率为 40%。若按 照 21 年 9 月的金属价格测算,2025 年市场规模为 175 亿元;若按照当前高位金属价格测 算,2025 年国内市场规模为 480 亿元。金属价格上涨带动回收行业基本面向好,22 年回 收企业的收益将高速增长。2. 动力电池回收行业全面复盘:铅酸回收与国外模式回收产业积淀 20 余年后迎退役狂潮行业全面复盘,动力电池回收行业已经历二十载。
8、铅酸电池方面,我国铅酸电池于 2000 年首次被应用在动力领域,电动两轮、三轮车的铅蓄电池寿命较短(约 3-5 年),2004- 2005 年进入回收的放量期,再生铅企业竞争加剧,传统再生铅企业、铅蓄电池企业、原 生铅冶炼企业均有布局,行业集中度不断提高。2016 年起,随着铅蓄电池征收 4%的消费 税,锂电池在新能源车的强势崛起,铅酸电池产量和回收量逐步进入萎缩时期,行业格局 也基本稳定。锂电池方面,我国磷酸铁锂电池和三元电池装车量分别在 2015 年和 2017 进 入放量期,之后专业回收商、国内外车企、电池厂和电池材料厂均布局回收行业,随着 2020 年动力电池回收规模扩张,未来竞争格局
9、有望趋于稳定。铅电池回收于 2019 年开始规范化,目前进入平台期。新能源汽车动力电池从 2014 年飞 速发展,仅 4 年就出台回收标准,而废铅酸蓄电池经历了多年演变。1996-2004 年是我国 铅酸电池回收的起步阶段,此阶段核心是加大铅的回收力度,2004 开始铅电池产量和回 收量高增;2008-2016 年是发展和加速阶段,2008 年才认定废铅蓄电池为危险废物, 2016 年开展生产者责任延伸制度试点,出台了生产者责任延伸制度推行方案,但此期 间约 80的废铅电池流入非正规渠道;2019 年,废铅酸蓄电池回收技术规范出台,意 味着废铅蓄电池回收行业步入合规之路,非正规渠道比例仍占 6
10、0%以上,而废铅电池的产 量和回收量进入平台稳定期。铅酸回收时间点有望复刻,回收率高达 99%铅酸电池回收已有成熟产业化经验。随着回收技术的发展,我国对废旧铅蓄电池中铅金属 的回收率已超过 99%,回收具备经济性且已全面实现产业化,再生铅的产量及应用持续增 加。这说明重要金属材料通过循环,可以实现产业化。目前锂电池(三元)回收率也已超 过 99%,可以推测在未来回收规模放大后,也会形成成熟业态,同时再生金属占使用量的 比重逐步赶超原生金属。 铅酸电池回收主要以火法为主,湿法为辅。火法冶炼为主流回收工艺,首先进行预处理, 再采用冶金的方法处理极板、铅膏等含铅物料,包括粗铅熔炼、粗铅精炼、电解铅和
11、铅合 金等工艺流程。对于电池中的废硫酸,用碱进行湿法处理后,一般管道输送至脱硫系统中 和生产中和石膏。铅酸电池和锂电池回收技术具有互通性。早期的回收企业回收铅酸电池 的火法/湿法工艺,可以直接用在三元电池的回收。国外回收是生产方付费,国内回收是回收方付费国外普遍以电池生产企业承担主要回收责任,并且需要付费处理电池。美国方面,政府规 定了电池生产企业负责主要电池回收责任,并推动建立电池回收利用网络。此外,美国国 际电池协会还制定了押金制度,促使消费者主动上交废旧电池产品;德国方面,电池生产 和进口商必须在政府登记,经销商要组织收回机制,同时用户有义务将废旧电池交给指定 的回收机构。这种生产者责任
12、延伸制度的落实和建立了完善电池回收体系;日本方面,主 要由电池企业通过“逆向物流”构建回收渠道。由于日本国民对垃圾分类与循环利用有较 强的认同感,可以利用零售商、汽车经销商、电池租赁企业加油站的服务网络向消费者免 费回收废旧电池进行处理。国外锂电池回收技术以火法为主。以 Umicore 为例,该公司开发了独特的 ValEas 工艺, 通过特制的熔炉用高温冶金法回收锂离子电池制得 Co(OH)2/CoCl2,石墨和有机溶剂则作 为燃料放出能量。其技术特点是:1)不进行电池解体破碎,避免了解体破碎困难、安全风 险高的问题;2)回收得到的钴等化合物纯度高,可直接返回电池材料生产,实现金属的循 环利用
13、;3)高温熔炼既综合回收了钴、镍、锰、铜等有价金属,又利用了其中塑料与石墨 碳、铝箔等,并产出清洁无害的炉渣。公司能够每年处理 7000 吨左右的废旧二次电池。根据新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法,整车厂和电池厂承担回收电池的 责任,整车厂应该建立溯源系统及回收网点,向车主提供回购、以旧换新、补贴等鼓励措 施,及时共享电池拆卸贮存技术、回收网点等信息;电池厂的产品结构设计应标准化易拆 解,进行电池编码管理,并加强与汽车生产企业协同池拆卸贮存技术、回收网点等回收相 关信息,并且把电池信息上传到国家建立的溯源信息系统中。梯次利用和再生利用企业 (第三方)为承担回收后端电池综合利用关键性角色
14、,由整车商提供拆解技术信息的支持。 新能源汽车 4S 店、电池租赁等运营企业承担回收辅助性角色,在电池维修、拆卸和更换 时核实新能源汽车车主信息,将废旧电池移交至回收网点,不得移交其他单位个人。一般 来说,电池厂与综合利用企业需要合作进行回收,均可以进行处理前的检测。无资质企业搅乱回收市场,退役锂电池有效回收率低。目前动力蓄电池回收市场最大问题 是回收渠道不完善:定价机制尚不清晰,回收角色多为小作坊、个人等无资质企业,市场 动力蓄电池报废量显著高于有效回收量。 利润空间低成电池回收盈利掣肘。1)当前退役锂电池回收业务存在人力、技术、设备、 缺乏进项抵扣等因素致整体成本高企,多数正规回收主体对退
15、役电池的回收动力不足。2) 不同电池的回收经济效益不同,三元锂电池回收价格可达磷酸铁锂电池数倍,而目前市场 上退役电池以磷酸铁锂电池为主。未来提升盈利需要企业、产业联盟和政府的共同发力。3. 三元回收已盈利,铁锂回收新突破梯次利用要求高,拆解回收渐主导锂电池回收分为蓄力期、增长期、爆发期三个时期:1)蓄力期(2015 年前):锂电池渗 透到动力领域,政策加持下开始发展,但 70%的装车电池为磷酸铁锂电池,主要用于客车 或大巴,锂电池回收也刚起步,以小作坊为主。2)增长期(2015-2021 年):该阶段锂电 池装车量激增,并且三元电池装机量赶超磷酸铁锂,同时回收行业形成一批比较优质的合 规企业
16、,回收工艺以湿法为主,火法为辅。3)爆发期(2021 年后):锂电池装机量仍保 持高速增长,三元电池的回收竞争白热化,并且磷酸铁锂回收的经济性随金属价格上涨和 技术进步也增强,玩家不断增多。退役锂电池回收方式分为梯次利用与拆解回收,拆解回收占主导。电动汽车的退役锂电池 在电池容量剩余 80%以下时,视情况采取梯次利用及拆解回收两种方式进行循环利用。梯 次利用是将退役电池经检测、改装、修复后重新用于等同级或降级类应用,多用于磷酸铁 锂电池。三元循环寿命衰减快,通常直接拆解而不进行梯次利用。根据头豹研究院,2019 年市场中 85%的回收方式为拆解回收。梯次利用和拆解回收构成动力电池再利用的闭环。
17、动力电池的生命周期包括生产、使用、 报废、分解以及再利用。车用动力电池容量降低为 80%后,仍有 20%容量可用于电量需 求较小的领域,因此可以将这类电池重组后,梯次应用于基站、电网储能等领域。对于再 利用循环寿命小,容量低于 60%的动力电池,进行拆解回收。行业发展存在三大突出问题,检测技术、回收体系与再生工艺为企业核心资源。(1)针对 退役电池的筛选及评估标准难统一。动力锂电池溯源性较差,评估体系与标准不健全,拆 解环节安全性不稳定。目前国内因机械化水平限制,在拆解阶段容易会出现不规范操作导 致起火爆炸。在筛选电池、余能检测方面也可能会产生一致性偏差。(2)技术及设备短板。 对退役电池的检
18、测技术及核心设备存在不足。目前国内的废旧电池检测技术在动力锂电池 剩余寿命及电池状态无法系统评估,直接导致其回收利用经济性大打折扣。(3)电池回收 系统及盈利模式有待完善。主要体现在市场上未建立成熟高效的,多方协作且监管到位的 回收体系,多数蓄电池回收网点有效回收率不足。梯次利用企业回收退役的动力电池具备五步处理工序。1)分类:筛选出未损坏的电池 , 并进行 SOH 评估;2)拆解:在自动拆解线上将电池包拆解,得到电池模块;3)梯次利 用性能检测,包括外部特性测试、解体测试、热失控分析等,并确定适合的应用场景;4) 重组:将电芯重组成模块,加入 BMS、电池外壳等,设计容量和功率匹配;5)检测
19、认证 新的电池包。梯次利用流程较复杂,对筛选和重组技术及管理方法有很大考验。当前梯次利用技术主要 有两种方案,方案一:将退役动力电池进行集中拆解,并集中筛选电芯,重新组装成标准 模块。优点是有利于退役电芯集中筛选与维护,选取优质电芯保证质量,最终的电池模块 能实现标准化保证兼容。方案二:在退役动力电池基础上直接改造。优点是有利于电池组 梯次利用的简单模块化,供应量充分,生产方式简单易行。缺点是由于电池组本身结构形 状限制,对占地要求较高且电池来源有限。梯次利用壁垒较高,难点亟待突破。(1)电池缺乏统一标准,拆解成本高昂:长期以来, 动力电池并没形成统一标准,难以采用同一套拆解线,导致自动化程度
20、极低。(2)离散整 合技术:退役模组芯片系统(SOC)检测模拟技术和电源管理系统(BMS)技术是需要突破的 技术难点。(3)寿命预测技术:是整个综合利用技术的关键点,目前在不同温度下的容量 衰减机理、余能检测以及新技术精确测量定量技术方面,还亟待突破,关键要建立全生命 周期检测。(4)重组技术:主要难点是分组技术和成组技术,如分组参数设定不合理、模组 离散性大、性能不稳定、系统集成困难,一致性评估等技术不成熟。拆解回收回收率高,利于资源循环利用。拆解回收是将退役电池通过化学、物理、生物等 手段进行进行拆解,以回收其中的 Ni、Co、Mn、Li、Cu 等金属元素及其他可收回材料, 金属的回收率和
21、纯度基本均可达 90%以上,多用于三元锂电池。三元锂电池中含有的 Ni、 Co、Mn 等金属元素含量远高于原矿,以 NCM523 材料为例,三者化学计量分别为 30.4%、12.2%和 17.1%;磷酸铁锂电池中 1.1%的锂元素含量亦高于我国开发利用的品位 仅为 0.8%1.4%(Li2O)的原矿(对应到 Li 含量仅 0.4%0.7%)。拆解回收法可提高矿产资 源的循环利用,较直接开采矿石的生产方式更具成本优势。拆解回收工艺流程有三大技术,分别为物理法、火法和湿法。目前国内回收代表性企业格 林美、邦普普遍以湿法工艺为主,并与火法工艺相结合。(1)物理法回收技术:将废旧动力电池内部成分,如电
22、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 后再进行下一步回收。 优点是操作简单,但不能完全对锂电池进行组分分离,并在物理操作过程中,难以对电池 中的金属材料进行有效回收。目前赛德美拥有独创的材料修复工艺、电解液和隔膜回收工 艺,做到业内较高水平。(2)火法回收技术:首先需要对电池进行自动放电和分类,通过振动筛选和磁选分离金 属外壳和电极材料部分,将经过物理破碎的电极材料部分放入干电弧炉内高温焙烧,将有 机粘合剂、电解液和含碳有机物去除,从而分离锂电池的组成材料。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
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