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《中国退役动力电池循环利用技术与产业发展报告》(简版)

北极星储能网  来源:资源强制回收产业创新战略联盟    2019/11/27 9:30:59  我要投稿  

北极星储能网讯:目前虽然已有商业储能、低速电动车、电网储能等方面的示范工程,但由于废动力电池容量分布不均,外观壳体材质、电池尺寸规格、电池内部结构、材料类型、成组方式等均存在多样化的特点,导致后续再利用技术难度大、成本高。随着新电池性能提升和成本下降,梯次利用市场受到很大影响,梯次利用与新电池成本之差是决定其能否经济可行的关键,合理的回收价格是关键条件。

本文来源:资源强制回收产业创新战略联盟 微信公众号 ID:atcrrorg

《中国退役动力电池循环利用技术与产业发展报告》是由中国科学院过程工程研究所、资源强制回收产业技术创新战略联盟共同编写的行业研究型报告,由人民出版社和科学技术文献出版社共同出版发行。作为国内唯一的动力电池循环利用产业白皮书,本书是继《2017年中国动力电池回收处理产业现状与发展报告》之后,又一本较为详实、全面地对我国退役动力电池循环利用产业进行整体分析的权威性论著,也是在十九大思想的指引下,本着务实的态度,朝着深化体制改革的方向又一次的迈进。本书旨在从动力电池回收利用全产业链角度,分析资源供给、利用技术与装备、过程污染控制、政策法规、产业上下游等多层面的发展现状,最终形成废旧动力电池回收利用产业发展路线图,为新能源汽车产业的可持续发展提供支撑。

一、动力电池产业相关资源现状分析

新能源汽车产业的快速发展引起了全球对动力电池核心原材料供给安全的高度关注。2016年,欧盟发布了2015-2030年新能源与交通技术领域的材料供应链瓶颈分析报告,指出稀土、石墨、锂、钴、硅、银等具有显著的供应短缺风险,如何应对这些风险已受到欧盟各国重点关注。作为主要的新能源汽车生产国之一,我国从一次矿物处理、初级材料制备、电池材料制备、电解液/隔膜/粘结剂/集流体金属箔等配套材料制备,到电池生产、组装等都形成了具有显著竞争力的产业链和相对完备的工业体系;然而我国锂、钴、镍、锰、铜等一次资源储量低、严重依赖进口,存在巨大的资源短缺风险,不利于产业的可持续发展。基于这一考虑,包括中国五矿集团、华友钴业、天齐锂业等在内的企业都在海外寻求合作,以保障持续的原料供给,随着我国动力电池装机量的持续增长,资源供给在产业链中的作用将进一步凸显。

1、动力电池社会保有量

随着新能源汽车不断拉动动力电池需求,动力电池等相关产品的技术成熟度及市场格局的日趋稳定。2018年我国动力电池装机量达57.0GWh,其中三元电池累计生产30.74GWh,占总装机量的53.9%;磷酸铁锂电池累计生产21.57GWh,占总产量比38.5%;其他材料电池占比7.6%。2018年装车量前十名的动力电池企业为:宁德时代、比亚迪、合肥国轩、力神、孚能科技、比克、亿纬锂能、北京国能、中航锂电、卡耐新能源。前十家动力电池企业占总装机量的83%。受到新能源补贴政策调整退坡、转向扶优扶强的影响,乘用车从2017年起就逐步转向搭载能量密度更高的三元电池。2018年三元动力电池出货量比例首次超过磷酸铁锂电池,总出货量中约55%为三元动力电池。

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2018年我国动力电池出货量比重

2、中国动力电池资源供给现状

动力电池行业的快速发展引起专家对动力电池核心材料开发过程带来的环境影响和资源安全的关注。在环境影响方面,动力电池作为典型电子废弃物之一,含有许多危险物质,包括重金属(例如镍、钴和铜等)和有机化学品(如电解质中的六氟磷酸锂和粘结剂聚偏氟乙烯),如果处理不当会导致生态环境恶化,危害人体健康。

在资源安全方面,动力电池的原料成本占总成本的50-70%。金属和石墨资源的大量消耗给全球供应商带来了巨大压力,特别是动力电池所消耗的锂盐和钴盐在锂、钴的所有应用领域中终端消费量最大。2016年,中国75%(全球为46%)的锂和76.6%(全球为44%)的钴用于锂离子电池生产。随着动力电池生产能力持续增长,一次资源快速消耗,但二次资源的回收却未达到相应的水平。以钴为例,2014年到2016年,一次矿石资源产量增加了4.75倍,而回收量仅增加了0.23倍。根据专家测算,为了满足目前中国钴资源的供需平衡,其回收率需要达到90%以上。我国钴矿分布较广、储量小、矿石品位低、贫矿和伴生矿多,钴资源对外依赖强。虽然我国锂资源总量丰富,但禀赋不佳,受开发条件及技术限制,国内卤水锂和矿石锂的开发较低,锂资源对外依赖度高。因此,我们应更加关注动力电池相关资源的供给安全和环境可持续性。(动力电池所涉及的一次资源锂、镍、钴、锰和天然石墨资源的世界分布情况可参见《中国动力电池回收处理行业2017年白皮书》)我们对原材料进行关键评估,确定了动力电池行业中使用的关键原材料,并在动力电池全生命周期中对关键原材料的流量和库存进行动态MFA计算,追踪材料流量和库存随技术升级产生的变化。

3、动力电池相关金属行业市场分析

受新能源汽车市场的带动,动力电池的出货量快速增长,由此导致正极材料以及电解液出货量迅速增加,进而促进了锂资源需求的增长。因此,各大锂资源公司都规划了中长期的锂资源扩产计划,但由于大部分项目仍在建设中,2018年产能逐步释放,锂的供求格局得到部分改善,碳酸锂价格回归,有效降低动力电池的整体成本。预计到2020年左右诸多锂资源公司新建碳酸锂产能将进入产能集中释放期,锂盐加工产能将超过80万吨。据统计2018年全球碳酸锂新增产能近6.7万吨,主要是盐湖卤水和锂辉石,其中盐湖卤水占40%。2018年我国碳酸锂年产量约11.6万吨,较2017年增长39.7%,其中盐湖卤水来源占比约30%。锂的消费主要在电池领域,主要依赖于新能源汽车和储能领域,其他领域消费增长缓慢。

2018年全球钴供给增量主要来自于刚果铜钴伴生矿,其他镍钴伴生矿区产出较为稳定。钴原料主要来自于刚果,最大的钴生产商嘉能可2018年钴产量为4.2万吨,同比增长54%,预计2019年钴产量继续增加至5.7万吨(上下浮动5千吨);同时,国内华友钴业、寒锐钴业、盛屯矿业以及金川国际等矿企也在持续加码钴矿开采,洛阳钼业预计2018年实现钴金属产量1.87万吨,同比增长14%等;以Sherrit、Vale为代表的镍钴伴生矿巨头产出较为稳定,甚至因为原料品位问题导致出现一定程度的下滑。如表1.6所示,整体来看,2018年钴产量增速大于需求增速,导致全球钴原料供过于求,供应量增加约1万吨左右。

2018年,中国锰矿供应量继续上升,预计2018年国内锰矿供应较2017年增长15%(实物吨)。虽然国产锰矿在环保压力之下产量继续收缩,但进口锰矿却在国内冶炼厂强烈需求的刺激下不断涌入,仅2018年1-10月的进口量就已经达到2208万吨,远远超过了2017年全年的2126万吨。因此2018年,中国锰矿供应量整体有明显上涨。

2018年中国高纯硫酸锰产量为9。3万吨,较2017年增长25。7%,这主要是由于国内镍钴锰三元正极材料行业的蓬勃发展,来自下游三元前驱体的订单增多,刺激了高纯硫酸锰生产企业增加开工负荷以及投产新的产线。一些下游厂家也建立了自给自足的加工回收产线,对高纯硫酸锰的供应也起到了一定的补充。

4、动力电池回收处理行业问题分析

(1)退役动力电池综合利用的技术装备亟需绿色化、智能化升级

目前退役动力电池综合利用过程,特别是再生利用过程仍存在物料分选效率低、二次污染重、装备自动化水平差等问题;资源循环过程流程长、仍普遍依赖传统的选矿与冶金原理,亟需从动力电池废料特征入手,推进建立新型共性理论,全面提升其综合利用绿色化与智能化水平。

(2)动力电池回收利用体系与回收市场有待完善

由于当前动力蓄电池退役量仍然较少,缺乏规模效益,回收总体成本较高。尤其是针对退役量居多的磷酸铁锂离子电池尚缺乏经济可行、污染全过程控制的再生利用技术。另一方面,我国对动力蓄电池回收利用企业尚没有严格的准入条件,不利于规范市场行为。在退役动力蓄电池梯次利用方面,动力蓄电池性能衰减机理、健康状态评价以及一致性检测等技术水平有待进一步提高,梯次利用产品向低速动力、UPS电源及充电宝等方向扩散,产品性能、安全等缺乏保障,增加了管理难度。再生利用方面,退役动力蓄电池包拆解仍大多采取人工手动作业,效率偏低,需智能化升级;再生利用侧重于三元材料中钴、镍的回收,锂回收率偏低。

(3)行业亟需完善环境污染防治相关标准体系

动力蓄电池生产企业、新能源汽车生产企业与退役动力电池综合利用企业等仍需进一步完善相关标准体系,从全产业链角度推动管理、技术、环保、市场等综合水平。尤其是污染防治方面,虽然我国对相关行业的排污许可已经陆续出台相关要求,但在退役动力电池回收方面尚缺乏完整的标准体系或技术规范体系。

二、废旧动力电池回收技术进展

1、废动力电池资源化利用全产业链技术体系

废动力电池资源化利用全产业链涵盖动力电池减量化设计与制造、动力电池拆卸、动力电池收集与储运、动力电池拆解、梯次利用与再生利用、环境保护、绿色评价等几大环节。废动力电池资源化利用产业链涉及到的企业可大致分为生产企业、回收企业、梯次利用企业、再生企业,目前尚无企业涵盖从回收到梯次利用、资源再生整个产业链。全产业链按照内容主要分为五个环节:动力电池废弃物源头减量化技术体系、废动力电池梯次利用技术体系、废动力电池再生利用技术体系、产品再制造体系以及废动力电池资源化综合利用全产业链绿色评价技术体系。

头奖彩票按照动力电池全生命周期管理,废动力电池资源化综合利用全产业链技术体系包含五个方面的内容,而目前我国只关注了废动力电池梯次利用技术体系、再生利用技术体系和产品再制造体系这三个方面,而动力电池废弃物源头减量化技术体系和建立在全生命周期基础上的绿色评价技术还有待突破。

目前,我国亟需开发基于废动力电池处理技术和再生产品的覆盖动力电池全生命周期的废动力电池源头减量化技术体系和绿色评价技术体系,以完善废动力电池资源化综合利用全产业链技术体系。

2、梯次利用

动力电池报废后,需要对其安全性、残余寿命等相关参数进行科学合理的评估,才能进行梯次利用。梯次利用主要潜在市场有12V/24V汽车起动电池、UPS不间断电源、ESS储能系统、Power Bank移动电源、36V/48V电动摩托/自行车电池等。目前虽然已有商业储能、低速电动车、电网储能等方面的示范工程,但由于废动力电池容量分布不均,外观壳体材质、电池尺寸规格、电池内部结构、材料类型、成组方式等均存在多样化的特点,导致后续再利用技术难度大、成本高。随着新电池性能提升和成本下降,梯次利用市场受到很大影响,梯次利用与新电池成本之差是决定其能否经济可行的关键,合理的回收价格是关键条件。

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退役动力电池梯次利用流程

3、环境风险和污染防治

废动力电池回收处理过程贯穿着一系列环境风险,具体包括:(1)回收贮存过程安全风险构成潜在环境风险,(2)拆解及再组装过程安全风险构成潜在环境风险,(3)梯级利用过程安全风险构成潜在环境风险,(4)预处理及金属再生过程的污染物排放风险。前3个方面的潜在环境风险是相似的,废动力电池回收、贮存、拆解、再组装以及梯级利用过程存在安全风险,一旦该环节发生电解液泄露、爆炸或者是火灾,都可能产生污染物,存在安全风险转化为环境风险隐患。废动力电池的预处理及其资源再生过程会产生相应的粉尘、废气、废液、废渣、噪声,与其它废物资源化过程相似,在废动力电池回收处理过程的再生资源或制品环节同样会产生污染物,这既包括电解液等动力电池本身所含有的有机物向环境排放,也有大量的预处理或金属再生过程产生的污染物,即二次污染。废动力电池回收处理过程环境风险管理必须从其自身组成物质的环境风险和二次污染环境风险两个方面来考虑。

三、废旧动力电池回收产业特征分析

头奖彩票中国废旧动力电池回收产业已经初具规模,目前产业链呈现多元化发展趋势。在生产者责任延伸制度的引导下,新能源汽车生产企业、动力电池生产企业、梯次利用企业、再生利用企业、报废汽车企业以及原材料生产企业等都在退役电池回收各环节起到了重要作用。车企或电池企业通过投资等方式间接介入(如北汽)或通过开发/优化技术直接介入动力电池回收(如比亚迪/宁德时代);原材料生产企业一般通过技术开发/优化直接将动力电池回收作为其产线的延伸;其他也有新入行业的企业通过投资等方式介入动力电池回收,这类企业前期多为化学品生产/贸易企业等。随着《新能源汽车动力蓄电池回收利用试点实施方案》的推行,京津冀、长三角、珠三角、中部区域等地区逐步开展构建回收利用体系、探索多样化商业模式、推动技术创新与应用、建立完善政策激励机制等四方面的试点工作。其中45家新能源汽车生产企业在全国31个省(市)设立了3204个回收服务网点对废旧动力电池回收行业起到重要支撑作用。

当前企业回收的动力蓄电池中,以研发生产过程中产生的废旧动力蓄电池为主,新能源汽车退役电池较少。据不完全统计,湖北格林美、湖南邦普、江西豪鹏、广东光华及浙江华友钴业5家废动力电池再生利用企业规划处理产能约25万吨,这几家企业与汽车、电池生产企业合作,2017年共计回收处理约1。1万吨废旧动力蓄电池,其中约70%-80%来源于研发试验和生产制造产生的废旧动力蓄电池。2018年,各主要综合利用企业共计回收处理约0。5万吨新能源汽车产生的退役电池,处理动力电池生产企业与研究实验单位产生废动力电池与废料处理量约0。8万吨。回收量较2017年有一定提升。另外,还有部分退役电池通过拍卖、收购等渠道流向其他回收利用企业。

四、动力电池回收行业宏观政策与标准

在国务院、发展与改革委、工业信息化部等多部门的共同推动下,我国已经发布了《生产者责任延伸制度推行方案》、《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》等一系列政策,希望在动力电池大规模退役前建立具有一定成熟度的电池回收利用体系,建立以生产者责任延伸制度为依托的各环节高度配合的产业链条。这些政策对于指导废旧动力电池回收处理行业规范发展起到重要的作用,为新能源汽车产业的可持续发展提供了重要保障。依据生产者责任延伸制度,汽车生产企业以及动力电池生产企业有明确的回收主体责任,然而如何明晰分工,建立可操作、可推广的退役电池回收产业运行模式仍处在探索和试点阶段;如何进一步强化政策与市场规律结合度,如何进一步规避政策/标准间的重复与体现地域和产业特征,如何借鉴废旧电子电器产品的管理模式,都需要管理、产业、技术等多方面联动与配合。另一方面,退役动力电池的全产业链标准体系仍有待进一步完善,如何体现国家标准的引领作用、行业和团体标准的示范作用,如何实现管理政策与梯次利用、再生利用技术规范等的有机结合,仍需要从动力电池的全生命周期入手,综合考虑环境风险、技术瓶颈、产业上下游、法律法规等,尤其需要强化过程污染控制,防范公共安全事故的发生,为产业的健康、绿色发展提供支撑。

五、动力电池回收产业发展趋势

资源紧缺、环境保护和政策驱动是近年来我国动力电池回收行业发展的最主要动力。一方面一次资源价格上涨迅速推动金属提取企业建厂投资,另一方面,国家和地方出台多种政策扶持行业健康发展。目前我国废旧动力电池的处置仍在市场培育阶段:梯级利用主要以政府扶持的综合储能系统和基站为主,拆解回收主要以再生利用企业为主。随着回收需求的爆发,政策的规范以及行业龙头的不断布局,动力电池回收的市场即将打开。同时,动力电池行业的龙头布局锂电回收的模式有助于回收体系的建立,进而引导行业向规范化发展。

1、协同建立高效的回收体系是动力电池产业链发展的必然趋势

头奖彩票2018年3月,工业和信息化部等七部门印发了关于组织开展新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知,提出“建立动力蓄电池产品来源可查、去向可追、节点可控的溯源机制,对动力蓄电池实施全过程信息管理”的试点内容,同时提出“充分落实生产者责任延伸制度,由汽车生产企业、电池生产企业、报废汽车回收拆解企业与综合利用企业等通过多种形式,合作共建、共用废旧动力蓄电池回收渠道”。2018年7月,工业和信息化部发布了《新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》(工业和信息化部公告2018年第35号),对汽车生产企业、报废汽车回收拆解企业、梯次利用企业和再生利用企业等相关方的数据信息填报及上传提出了明确要求。上述管理文件的发布均为我国建立高效的废旧动力蓄电池回收体系奠定了坚实的基础。

2、动力电池回收产业链各主体之间的协同合作将愈发密切

目前,废旧动力电池回收利用行业的产业链呈现雏形,主要包括动力电池与整车厂设立的回收利用企业和专业第三方综合利用企业。前者主要有比亚迪、宁德时代、国轩高科、比克电池、中航锂电、雄韬电源、北汽新能源等,是动力电池回收的主要责任承担者。他们负责回收渠道的搭建,掌握着废旧动力电池资源,在废旧动力电池回收渠道上有着先天的优势。专业第三方回收利用企业以格林美、华友钴业、豪鹏科技、邦普循环和光华科技为代表,具有专业的技术和多年的回收利用经验,其回收渠道和产品分销渠道逐步趋于完善。

3、动力电池回收利用产业链向规模化和集中化方向发展

根据工业和信息化部公开数据,我国新能源汽车累计产量已超300万辆,推广规模居于世界首位。主要集中在京津冀、长三角及珠三角地区,广东、上海、北京、山东、浙江保有量位列全国前5位。退役电池数量与保有量相关,据预测,2020年我国退役电池累计约为25GWh,将主要集中在新能源汽车保有量较大的京津冀、长三角及珠三角地区。

随着国家动力蓄电池溯源管理平台的运行,以电池编码(BIN)为信息载体,实现动力蓄电池全生命周期的信息采集和监管,其大数据可为我国废旧动力蓄电池回收利用企业布局提供基础数据支持。考虑到规模效应和日趋严格的环境监管要求,废旧动力蓄电池回收利用企业最终将向规模化和集中化发展,这样有利于企业进一步完善产业链,提高全产业链的经济性,同时有利于防止产能过剩、易于实现对废旧动力蓄电池回收处理行业的环境监管。


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