钜大LARGE | 点击量：995次 | 2021年04月09日
动力锂电池回收有望爆发式上升 三元电池拆解会更具有潜力
●关于新能源汽车来说，当电池容量衰减到初始容量的70%至80%就要对电池进行更换。其中，电动乘用车电池的使用周期为4至6年，商用车的电池使用率更高，因此，使用寿命约为3至5年。由于新能源汽车大力推广是从2013年以后开始，因此能够推算出第一批电池更新换代的时点将会在2018年左右，届时动力锂电池的退役与更新有望迎来爆发式上升。
●关于三元材料电池，常用的回收手段仍为拆解，其拆解产物镍钴锂铜铝等金属具有较高的经济价值，一般用于动力锂电池的再制造。目前回收拆解市场相对分散，且在当前退役的电池中，三元材料电池占比相对较低，但由于镍、钴等贵金属仍然是上游产业的稀缺资源，因此，三元电池的拆解具有很大潜力。
新能源汽车进入稳定发展期
与传统汽车相比，新能源汽车在环保方面的优势重要体现在：1。有害颗粒物低排放。由于采用电、氢气或混合能源，所含铅、苯及颗粒物等有害物质更少，其自身的废气排放污染相对传统燃油车更小，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，造成的污染也少于传统汽车，因为发电厂的能量转换率更高，而且集中排放可以更方便地加装减排治污设备。2。提升能源利用率。以电动汽车为例，按每百公里耗电15至20kWh计算，考虑发电厂和电动机的损耗，能耗约等于7kg标准煤；传统汽车按每百公里耗油量10L计算，能耗约等于10kg标准煤。
基于新能源汽车在环保方面所拥有的优势，相关部门针对新能源汽车的生产、销售和购买等环节出台了不少支持政策，刺激新能源汽车行业迅速发展。新能源汽车市场迎来了产量、销量双双爆发后继续保持高速上升态势，2013年至2015年新能源汽车市场实现爆发式上升，产量逐年成倍攀升。2016年以来，新能源汽车市场的上升由爆发转向平稳高上升，近两年均维持50%以上的产量增速，2017年的产量为79.4万辆，同比上升53.6%。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
动力锂电池爆发后转向平稳高上升
动力锂电池作为新能源汽车的配套设备，同样经历了由爆发到平稳高上升的发展过程。整体来看，2017年动力锂电池总出货量为38.2GWh，同比上升37.0%。在动力锂电池的开发、运用过程中，各大厂商将高性能的锂离子电池作为重要对象，根据正极材料的不同重要分为：磷酸铁锂离子电池和镍钴锰、镍钴铝等为代表的三元电池，其中磷酸铁锂正极化学性质稳定且使用寿命较长，同时由于原材料价格低廉，其仍占据动力锂电池半壁江山；而三元材料电池高能量密度、更强的耐温性和充电效率等优势使其近年来越来越受到市场青睐，占比迅速提升。2017年磷酸铁锂离子电池的装机量为19.97Gwh，占比50%；而三元材料电池装机量为16.15Gwh，占比已达44%。
2018年动力锂电池回收量增速有望超200%
关于新能源汽车来说，当电池容量衰减到初始容量的70%至80%就要对电池进行更换。其中，电动乘用车电池的使用周期为4至6年，商用车的电池使用率更高，因此，使用寿命约为3至5年。由于新能源汽车大力推广是从2013年以后开始，因此能够推算出第一批电池更新换代的时点将会在2018年左右，届时动力锂电池的退役与更新有望迎来爆发式上升。
大量的退役电池将对环境带来潜在的威胁，尤其是动力锂电池中的重金属、电解质、溶剂及各类有机物辅料，假如不经合理处置而废弃，将对土壤、水源等造成巨大危害且修复过程时间长、成本高昂。因此，回收需求迫切。
我们假设新能源乘用车电池使用周期为5年，商用车为4年，到期后更新率逐年提高，则根据近年动力锂电池的产量能够测算出到2018年动力锂电池新增报废装机量或将达11.14GWh，同比大幅上升278.9%；若假设磷酸铁锂和三元材料电池能量密度在0.11MWh/t和0.18MWh/t维稳，则对应重量约为9.22万吨，同比上升273.3%。
回收再生方法的梯次利用仍有提升空间
梯次利用指退役动力锂电池经过测试、筛选、重组等环节，再次用于低速电动汽车、备用电源、电力储能等运行工况相对良好、对电池性能要求较低的领域，目前梯次利用的重要领域仍在储能和调峰。以我国铁塔为例，其铁塔备电、削峰填谷站等储备电量需求约为8800kWh（目前重要使用寿命短、能量密度低、价格低的铅酸电池），而随着环保要求的不断提高，对铅酸电池的替代将为动力锂电池梯次利用打开巨大的需求缺口。
目前以PACK（多级串并联电池构成模组）+BMS（电池管理系统）为主的梯次利用技术是较为主流的选择。PACK工序分为加工、组装、包装三大部分，其核心是将多个单一的电芯通过机械结构串联和并联起来形成电池包。在具体操作过程中，由于要考虑整个电池包的机械强度、系统匹配等问题，要涉及热管理、电流控制与检测、模组拼装设计以及计算机虚拟开发等大量成熟技术相互交叉协作。
BMS电池管理系统的重要功能是智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，并实时监控电池状态，从而起到保护电池使用寿命的用途。BMS是管理系统、控制、显示、通信、信息采集模组的集合，起到了衔接整车、电池和整个电池系统的纽带用途。关于电池厂商而言，BMS体现了厂商的核心技术竞争力，而关于动力锂电池梯次利用而言，BMS则决定了再利用电池的适用范围、寿命和整体价值。
目前梯次利用面对技术和商业化两方面的问题。从技术角度来看，由于动力锂电池一致性较差、寿命不一，BMS系统的数据将会和电池实际状况发生背离，从而使梯次利用过程面对安全、产品品质等方面的挑战。从商业化角度来看，目前梯次利用的产物标准化程度相对较低。此外，因为电池型号不一，配组时要的电池量基数将很大，筛选、配组和加工成本相对较高，只有少数技术成熟的公司才能获取经济效益。
尽管如此，目前已经有多家行业龙头与我国铁塔等下游利用公司达成了研究和应用的战略合作协议，随着动力锂电池各类标准的不断出台和执行，电池的一致性将大幅提高，而紧密的合作关系将使梯次利用的应用问题迎刃而解。
三元电池拆解技术相对成熟
关于三元材料电池，常用的回收手段仍为拆解，其拆解产物镍钴锂铜铝等金属具有较高的经济价值，一般用于动力锂电池的再制造。目前回收工艺重要分为干法、湿法和生物回收等三种。其中，湿法为目前的重要工艺，其回收率高且能够对贵金属进行定向回收；干法一般作为湿法的配套工艺，重要用于金属的初步处理；而生物回收尚处于初级阶段，技术发展仍不成熟。根据工信部2016年公布的《新能源汽车废旧动力蓄电池利用行业规范条件和行业规范通告管理暂行办理》，鼓励综合使用干法和湿法对动力蓄电池回收利用。
目前回收拆解市场相对分散，且在当前退役的电池中，三元材料电池占比相对较低，但由于镍、钴等贵金属仍然是上游产业的稀缺资源，因此，三元电池的拆解具有很大潜力。
三元电池：贵金属价格维持高位拆解收益空间广阔
三元电池的回收拆解收益因近年贵金属价格高涨而受益。考虑到三元电池回收公司在拆解贵金属后以硫酸盐的形态再销售给下游公司，销售价格应该低于纯金属形态的市场价格，因此假设按市价70%的比率折价销售，则三元电池的拆解收益为34000元/吨，那么到2023年，仅三元电池拆解市场的预期规模就可达54.1亿元，未来5年的年均复合上升率可达61.9%。
磷酸铁锂离子电池：梯次利用市场潜力巨大
就拆解回收而言，目前使用最广泛的湿法回收磷酸铁锂离子电池的成本为8500元/吨左右，而贵金属再生材料收益仅为8100元左右，因此拆借亏损约400元/吨。因此，从经济性方面考量，我们仅测算磷酸铁锂离子电池的梯次利用空间。我们假设使用PACK+BMS技术进行梯次利用，PACK的成本大约在0.3元/Wh，BMS成本在0.1元/Wh，废旧磷酸铁锂离子电池回收成本在0.05元/Wh，磷酸铁锂离子电池梯次利用成本合计约为0.45元/Wh，梯次利用的收益为0.6元/Wh。假设磷酸铁锂离子电池的能量密度为110Wh/kg，回收废旧电池的能量衰减至70%，那么到2023年，梯次利用的收益空间有望超过50亿元。
新能源汽车政策是目前新能源汽车发展的重要风向标，一方面，十三五规划从顶层设计对新能源汽车的发展指明了方向，另一方面，针对产品准入、电池供应、充电基础设施、能耗管理和补贴等也提出了明确要求。随着动力锂电池即将步入报废期，2017年以来针对动力锂电池技术规范、管理等方面推出了一系列政策，尤其是2018年二月以来对动力锂电池的规格尺寸、编码、余能监测等技术规范的统一，将进一步推动梯次利用等回收手段的高效应用。
目前已有部分地区开展对梯次利用的直接补贴。上海回收动力锂电池的车企有1000元/套的奖励。深圳整车厂按20元/kWh专项计提动力锂电池回收处理资金。同时，六月份深圳已经启动动力锂电池回收试点计划，重要在信息管理登记、车企回收补贴和渠道的建立等方面进行落地。而工信部等七部门前期印发的《新能源汽车动力蓄电池回收利用试点执行方法》，决定在京津冀、长三角、珠三角、中部区域等选择部分地区，开展构建回收利用体系、探索多样化商业模式、推动先进技术创新与应用、建立完善政策激励机制等四方面的试点工作。里程焦虑这一短板已成为新能源汽车进一步推广普及的重要障碍，而现有的锂离子电池材料体系很快就要触碰到能量密度的天花板。尽管国内外车企和动力锂电池公司均看好全固态电池，但业界对其最为乐观的预计也要到2025年之后才能商业化应用，而要技术完全成熟则可能要等到2030年以后。全固态电池的路还有点远，关于新能源汽车及动力锂电池公司来说，寻找其他能更快商业化的锂电新材料体系也非常必要。集高能量密度、高理论比容量、低成本及环境友好于一身的锂硫电池便是备选项之一。但锂硫电池颇受诟病的穿梭效应一直让其没有走出实验室，应用到新能源汽车领域。
资料显示，锂硫电池是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂离子电池，其理论比能量高达2600Wh／kg，远高于目前商业化的锂离子电池。近年来，锂硫电池因具有高能量密度、髙理论容量、单质硫资源丰富、价格低廉以及单质硫无污染等特点，成为高能新型电池的重要研究方向之一。但锂硫电池在实际应用中，易溶于电解液的多硫化物（中间产物）形成穿梭效应，会直接导致电池循环寿命变差。因此，如何抑制多硫化物的穿梭在锂硫电池正极研究中至关重要。
