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回收难!每年报废量超20万吨,新能源汽车电池循环利用如何“蓄电”?

互联网评 | 商业趋势 2022/01/19 10:44

来源 | 中国经济周刊,原题《新能源汽车电池退役潮来袭,超20万吨报废电池去哪儿?》

文 |《中国经济周刊》 记者 吕江涛 宋杰

在10多年前,新能源汽车开始逐步走进中国百姓家。到2015年,在政策与市场的双轮推动下,我国新能源汽车产销迅速放量,当年产量超过34万辆,同比增长330%。

2015年被称作我国新能源汽车产销爆发的元年,此后数年间,我国新能源汽车的产销水平持续走高,一直稳居全球第一。

作为新能源汽车的“心脏”,动力电池的性能会随着充电次数的增加而衰减,使用年限一般为5~8年,而真正有效的寿命往往只有4~6年。因此,大量2015年前后生产的新能源汽车已经迎来动力电池“退役期”。

大量的动力电池退役,首先要考虑的是环保压力,因为电池中的重金属、电解液溶质、有机溶剂等都具有污染性。如何避免新能源汽车“爆发式增长”反而带来“爆发式污染”,值得警惕。

另一方面,电池原材料价格持续快速增高,而退役电池中尚存有可循环使用的贵金属等稀缺物质。退役后的电池去哪儿了?如何正确处理这些废弃电池?如何变废为宝,继续挖掘这些退役电池的价值,实现资源循环利用?这些都是车企、动力电池生产企业、第三方回收机构不得不面对的重要问题。

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新能源汽车销量“井喷”,年退役动力电池超20万吨

“当年花13万多元买的车,现在只能卖不到6000元,纯电动车太不值钱了。”北京的师先生告诉《中国经济周刊》记者,他的新能源汽车是在2016年购买的,标称续航里程超过250公里,在当年算是相当不错,但现在冬季开空调只能跑到100公里出头,已经不能满足需求,而且车辆已经行驶超过12万公里,超出了厂家规定的质保里程,自费更换电池的费用要超过6万元。

先生称,现在新车的续航普遍在五六百公里,自费更换电池不如买新车划算,旧车着实让人心疼,省出来的油费最后在旧车残值上又都“还回去了”。

“我2021年夏天去4S店问过,卖二手车不超过6000元,2022年很多车企有了置换补贴政策,旧车还可以卖给二手车商,厂家再额外给5000元左右的置换补贴,但纯电动车的保值率比燃油车还是低太多了。”师先生说。

从全国来看,像师先生一样的情况还有很多,而且会越来越多。

乘联会公布的数据显示,2016年全年新能源乘用车总销量约为33万辆,2017—2020年销量分别约为56万辆、101万辆、106万辆、117万辆。2021年前11个月,新能源乘用车的销量就超过280万辆,同比增长190.2%,2021年全年的总销量预计将超过330万辆。

乘联会秘书长崔东树表示,随着规模提升和降成本能力提升,2022年新能源车的增量还会很大。原来预期2022年新能源乘用车销量480万辆,目前应调整到550万辆以上,新能源乘用车渗透率将达到25%左右。

一般情况下动力电池的容量低于初始的80%,就不再符合电动汽车的使用标准,新能源汽车的使用年限一般为5~8年,而真正有效的寿命只有4~6年。伴随着新能源汽车销量的“井喷”,退役动力电池的数量也将迎来爆发式增长。

据中国汽车技术研究中心数据,2020年我国动力电池累计退役总量约为20万吨,而到 2025年,这一数字将升至约78万吨。

“现在看来,这一预测可能还是保守了,因为技术的进步,现在一辆新能源汽车的电池比前几年要大得多,而且新能源汽车更像是电子消费品,更新换代速度快,很多人可能不会开到四五年就要换新车,就会有更多的动力电池提前退役。”崔东树对《中国经济周刊》记者表示。

新能源汽车市场持续扩张,退役动力电池对环境的压力也将逐步扩大。一块20克重的手机电池足以使1平方公里的土地被污染50年左右,而每块新能源汽车的电池重达数百公斤,可能对环境带来更大威胁。

东亚前海证券分析师李子卓表示,锂离子电池所包含的主要污染物为其正极材料及电解液,其中在正极材料中,三元正极中的钴元素为有毒物质,同时镍、锰等金属元素也会对土壤造成污染;在电解液中,目前常用的电解液六氟磷酸锂在遇水后会产生氯化氢物质,造成环境污染,且有机溶剂中的DMC也对环境有害。因此对于退役电池如果不做回收处理则将引发较为严重的环境问题,这一情况也将倒逼监管层和相关企业对电池回收更加重视。

而从资源供应安全角度来看,华宝证券在研报中指出,随着新能源汽车销量的增长,对于动力电池用金属的需求也持续增长,碳酸锂和氢氧化锂的价格在过去一年间都上涨了一倍以上。此外,高镍三元趋势下对于镍的需求也持续增长,由于国内锂、钴、镍的矿山较少,多从澳洲(锂)、印尼(镍)、澳洲非洲(钴)进口,锂电池所需金属对外依存度较高,积极布局动力电池回收体系有助于减少相应电池金属的需求,从而保障一定的供应安全性。

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梯次利用,从示范到成熟尚需时日

如何正确处理退役的动力电池?如何变废为宝,实现资源循环利用?真锂研究创始人墨柯对记者表示,退役并不是说动力电池已经完全报废,里面很多材料可以回收利用。理想中的动力电池回收利用模式有两条路径:梯次利用和回收提取原材料。前者是将已退役的动力电池拆解重组后,应用到储能等对电池能量密度要求不高的领域;后者则是提取报废电池中的钴、镍等价格昂贵的金属材料。

其中,对于梯次利用,很多业内人士都抱有很大的期望。据《中国经济周刊》记者梳理,梯次利用的退役电池目前主要被应用于储能、电信基站、低速电动车等领域。在储能领域中,目前较为成功的项目有比克电池在2019年8月份落地的电池整包梯次利用项目,这一项目将退役的磷酸铁锂电池及三元电池进行混合使用,在国内具有较为领先的示范意义;在基站电源方面,退役的磷酸铁锂电池在体积以及室外条件的使用效率方面均较普通铅酸电池更具优势,中国铁塔从2018年开始对其旗下基站统一采购梯次利用电池;在低速电动车方面,杭州锣卜科技以及国网浙江电力公司都已经将梯次利用电池应用到了电动三轮车以及电动自行车方面。

不过,也有业内专家对电池的梯次利用持谨慎态度。北方工业大学汽车创新中心研究员张翔在接受《中国经济周刊》记者采访时表示,国内退役动力电池梯次利用总体还处于实验探究阶段,尤其是业界最看好的储能项目,早期的梯次利用大多是示范性项目,不计成本投入,将电芯拆解成单节进行评估,再成组、再利用,成本投入非常高。

除了成本居高不下外,安全性也是不容忽视的问题。2021年4月16日,北京国轩福威斯光储充技术有限公司位于北京市丰台区大红门的储能电站发生爆炸事故,导致2名消防员牺牲、1名消防员受伤。

此后不久,2021年6月22日,国家能源局对外公布了《新型储能项目管理规范(暂行)(征求意见稿)》。这份文件指出,在电池一致性管理技术取得关键突破、动力电池性能监测与评价体系健全之前,原则上不得新建大型动力电池梯次利用储能项目。已建成投运项目应定期评估电池性能,加强监测、强化监管。

动力电池梯次利用在储能项目上被叫停的理由是一致性管理技术欠缺。因为梯次利用的电池来源比较复杂,不管是集成商还是最终的运营商,目前都缺乏与电池相关的上游数据。对电池的寿命预测,包括其价值评价,目前很难有一个体系化的系统作为支撑。

如果产品的一致性无法保证,采用梯次利用动力电池的储能项目就可能会比新电池的储能项目安全隐患更高。

虽然目前动力电池的梯次利用尚存一定技术限制,经济效益并不明显,但业内仍看好其未来的成长空间。在包括健康状态和残值评估、快速分选、有效均衡、应用场景分析以及再退役评估等关键技术取得突破后,动力电池梯次利用回收的经济性或将逐步凸显。

北方工业大学储能技术工程研究中心、北京海博思创科技股份有限公司的研究人员刘若桐表示,通过对18650型磷酸铁锂动力电池在室温下进行充放电测试,当动力电池的可用容量降低至不再适用于电动汽车标准时,循环寿命为1200次。而我国对车用动力电池的要求是,行驶在8年或12万公里内,容量衰减不超过额定容量20%。若以新能源汽车平均行驶300公里为动力电池单次充电来计算,新能源汽车行驶8年或12万公里消耗的循环寿命约为270~400次,退役时动力电池的剩余循环寿命远远超过国家对于新能源汽车动力电池循环寿命的要求,这说明退役动力电池梯次利用具备较高的利用效益。

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拆解回收,湿法热法各有利弊

相比梯次利用,报废拆解回收流程相对简洁,也是目前动力电池回收的主要技术手段。据《中国经济周刊》记者了解,在动力电池的报废回收过程中,其工业流程主要包括预放电、拆解、筛选、剥片、纯化、再生产等流程,其过程较电池的梯次利用省去了检测、修复、重组、认证等众多过程。

由于报废回收技术流程较为简单,且梯次利用后的电池仍需通过报废拆解进行处理,所以目前电池回收企业多从事拆解回收。据华宝证券预测,2025/2030年的三元锂电池材料中锂/钴/镍/锰的回收量将分别达到0.61/2.92/0.85/1.03和 2.33/12.02/2.73/3.02万吨,磷酸铁锂电池中锂的回收量将达到0.3/0.7万吨,2030年电池材料回收市场空间将超1000亿元,市场空间广阔。

面对广阔的市场前景,很多企业已经提前布局。

2021年12月4日,宁德时代邦普一体化新能源产业项目开工仪式在宜昌高新区白洋工业园举行。据了解,宁德时代邦普一体化新能源产业项目以新能源汽车动力电池正极材料为核心,整合“磷矿—原料—前驱体—正极材料—电池循环利用”等环节业务,覆盖电池全生命周期。而这已不是宁德时代(300750.SZ)第一次布局动力电池回收业务。2013年,宁德时代收购邦普循环,切入电池回收业务;2018年,上汽集团与宁德时代达成战略合作,共同推进新能源汽车动力电池回收再利用。

除了宁德时代外,还有多家上市公司涉及此项业务。2021年12月2日,华友钴业(603799.SH)公告称,与孚能科技(688567.SH)签订《战略合作协议》,协议包含废料及废旧电池回收、三元前驱体的采购与合作等;2021年11月份,格林美(002340.SZ)与瑞浦能源签署合作协议,以实现锂离子电池安全回收、贮存和绿色处置,而在此之前,格林美已经与全球超200家整车厂及电池厂签署了动力电池回收协议;中伟股份(300919.SZ)等多家锂电产业链厂商此前也曾表示,将逐步加码布局动力电池回收业务。另外,SK集团旗下电池生产子公司SK创新早在2019年就曾宣布,公司新技术能够从废弃的电动汽车电池阳极材料中回收高浓度的氢氧化锂。

从市场份额来看,目前比较靠前的是宁德时代旗下的邦普循环和格林美,市占率分别为25%和15%左右,但还没有绝对的巨头出现。其中,邦普循环是中国目前最大的废旧电池循环基地,年回收处理废旧电池总量超过6000吨。

而从回收方法来看,退役动力电池最主流回收方法有湿法回收和热法回收两种。其中,湿法回收是采用酸碱溶液对电极材料中的固态金属物质进行提取,也是应用范围最广的回收技术。在湿法回收流程中,首先将废旧锂离子电池进行分选分类、去壳后溶于酸碱溶液中,再从溶液中萃取出有价值的金属元素,最后通过离子交换法和电沉积等手段提取出硫酸钴和碳酸锂等有价值的金属。

湿法回收技术的优势和劣势都十分明显。优势是工艺相对更为成熟,且对于电池中的金属物质回收效率较高;劣势是流程相对较长,且在回收过程中涉及盐酸等腐蚀性溶剂的运用,因此在污染治理方面存在较高成本。

热法回收主要是通过高温手段从废旧电池中对金属及其化合物进行提取。通过高温焚烧,废旧动力电池中的有机粘结剂可被转化为气体形式进行去除,而电池中的金属及各类化合物则将在高温环境下发生氧化还原反应,并在随后通过冷凝的方式被逐步分类。最终经高温焚烧后的废电池渣则将通过磁选等方式进一步提纯。

热法回收工艺简单,适合大规模处理。优势是工艺流程较短且操作相对简单,同时适合对大规模的废旧电池进行处理。缺点是在大规模处理废旧电池时易排放出一定的有害气体,需要配套相应的尾气回收设备。此外,热法回收技术在电力消耗方面也相对更高。

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“正规军”还要再努力,别让电池流进黑作坊

在电池前端回收领域,目前的参与主体比较多,包括车企、电池生产厂家第三方回收企业以及小作坊等。

工信部2018年发布的《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》要求,汽车生产企业应承担动力蓄电池回收的主体责任。2018年至今,共27家企业进入工信部符合“新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件”的名单,在业界也被称为“白名单”。

现实是,第三方回收是当前最主流的回收模式,因为第三方企业专司电池回收业务,其回收的专业性或许比电池企业或者汽车生产企业更强。但是,由于第三方回收企业在行业初期缺少专业、高效的电池回收渠道,这种商业模式的竞争相当激烈。

颇为尴尬的是,无论是车企、电池生产厂家,还是第三方回收企业,“正规军”似乎都拼不过小作坊。以2018年的数据为例,当年退役的动力电池总量达7.4万吨,但当年全国首批上榜的5家“白名单”企业仅共计回收处理约0.5万吨。这意味着,其余6万多吨动力电池可能大多数都流向了“白名单”外的企业。

先生告诉记者,现在各大网络平台都已经屏蔽了“回收动力电池”等关键词,但在网上搜索“汽车底盘回收”等关键词还是能搜到回收商的电话、微信等信息,回收商号称可全国上门回收,而且价格确实比走正规回收渠道要高一些,他目前的那款车的电池能卖近1万元。

对此,天能控股集团董事长张天任对《中国经济周刊》记者表示,这其中的原因有很多。由于目前锂电回收行业仍处于发展初期,产业规范相对滞后,政策法规仍不健全,整个锂电回收市场仍属于卖方市场,谁出的钱多,就能获得更多的动力电池资源。

“与正规电池回收企业在基建和环保等方面投入大量成本相比,一些小作坊在回收利用过程中舍弃了电量检测、放电以及环保处理等关键环节,运营成本要低很多,因此在回收过程中拥有更大的议价空间,这里面巨大的利润促使小作坊加速动力电池的回收,哄抬价格,不仅导致正规企业面临‘无米下炊’的窘境,也扰乱了电池回收行业正常的市场秩序。”张天任表示。

此外,由于目前我国电动汽车销售后的所有权属于消费者,并且当前国内并没有相关规定要求动力电池强制回收,所以有些车主或是图方便,或是图多卖一点钱,就直接将报废新能源汽车交给二手车商代办报废手续。很多二手车商收到车以后,会把动力电池拆下来单独出售,而正规的回收企业则面临没有电池可收的情况。

很多正规的回收企业对回收报废新能源汽车的意愿也并不强。

曾创立过一家回收企业的环保业内人士蒋子翰给《中国经济周刊》记者算了一笔账:采用4缸发动机的一台普通家用燃油车,其发动机加变速箱的重量在200~300公斤左右,这辆车的整车重量在1500公斤左右,发动机重量占比20%。反观电动车的电池重量配比,以一块80kWh的电池计算,三元锂电池的电池单体重量总和为400公斤,而磷酸铁锂电池的电池单体重量总和则能够达到485公斤。加上除电池单体外的电池结构,如电池顶/底壳、绝缘层、CMC、冷却系统等零部件的重量,占比在40%左右。电池的回收价值则集中于电池正极和壳体。其他组件不是过于廉价,就是根本没有回收价值,同时又不能直接丢弃,因为可能污染环境。

“这样一对比,正规的回收企业在回收纯电车上的性价比就非常低,同样回收2000公斤的车子,花同样的人力物力,最终获得的经济价值和回收燃油车相差非常大。而那些不正规的回收企业,他们本身就没有相关资质,拆解以后最大的赢利点是大部分废弃零件当拆车件通过不正规的途径流入汽车后市场中,其价值肯定远超过当废旧金属卖的价格。” 蒋子翰说,在算了简单的经济账后,也就能很直观地发现为什么正规的回收企业不是特别愿意去回收报废纯电动汽车。

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保障回收企业商业利益,相关政策有待进一步细化落实

消费者回收意愿低、企业回收成本高、电池分类处理难,形成了我国退役新能源汽车电池回收的堵点,回收的堵点如何疏通?如何才能实现从生产到回收的绿色循环?

对此,工信部等七部委早在2018年便联合出台了《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,初步建起了以汽车生产企业为主的生产者责任延伸制度。

2020年,工信部又发布了《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件(2019年本)》,在规定镍、钴、锰的综合回收率应不低于98%基础上,又增加了“锂的回收率不低于85%,稀土等其他主要有价金属综合回收率不低于97%”的规定。加强对环保的要求及回收利用率,在一定程度上提高了行业准入门槛,倒逼企业技术升级,同时完善动力电池溯源管理,保证参与企业一定的商业利益。

2021年7月初,国家发改委发布《关于印发“十四五”循环经济发展规划的通知》,该规划将“废旧动力电池循环利用行动”列入重点工程与行动,提出加强新能源汽车动力电池溯源管理平台建设,完善新能源汽车动力电池回收利用溯源管理体系。

8月19日,工信部等五部门联合印发了《新能源汽车动力蓄电池梯次利用管理办法》,鼓励行业内上下游企业加强信息共享,并要求企业按照给定标准和实际数据对动力电池进行检测,评估剩余价值,提升产品使用性能、可靠性及经济性。

政策已经出台,但见效可能仍需时日。在很多业内人士看来,当下相关政策文件总体看来仍以鼓励、引导为主,缺乏强制性约束,相关内容也有待进一步细化落实。

蒋子翰对记者表示,动力电池回收是个系统性的工程,要依靠政府、车企、电池企业、回收企业等协同建立。首先政府一定是起到引领作用的,制定政策、制度等,比强制规定更重要的是疏导,给予鼓励以及补贴。“当然,我们肯定不能把这个经济压力增加到消费者身上,这样我们这几年通过补贴方式鼓励大家购买新能源汽车的成果就完全失败了。在这个过程中,我认为最重要的一个环节一定是车企。”蒋子翰认为,回收企业在这个体系中,应该发挥主动性,主动与上游车企和电池企业共同担当应有的社会责任,优化自己的回收体系及业务流程,不再让不法分子有机可乘。

对此,工信部新闻发言人在答复“动力电池回收利用问题”时表示,下一步工信部将从法规、政策、技术、标准、产业等方面,加快推动新能源汽车动力电池回收利用,包括加快推进动力电池回收利用立法、完善回收利用体系、加强技术创新、深化试点示范等。

而对于当前存在的退役动力电池的追溯、回收企业鱼龙混杂、小作坊横行、黑市交易、车企回收网点形同虚设等问题,工信部还表示,未来重点开展以下几方面工作:一是加快推进动力电池回收利用立法,完善监管措施,加大约束力;二是完善回收利用体系,强化线上线下协同溯源监管,督促有关主体落实溯源管理责任;三是加强技术创新,突破退役电池一致性、自动化拆解等目前还存在的技术瓶颈,持续推动发布一批国家标准、行业标准;四是深化试点示范,创新商业模式,加快备电等梯次利用示范项目建设,持续培育梯次利用和再生利用骨干企业。


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