引言:“电动化”被称为汽车革命的上半场,“智能化”将引领下半场,“动力电池回收”或将成为新能源汽车产业下半场实现可持续发展的“标配”。

 

根据中国汽车工业协会发布的数据:2021年,我国新能源汽车产销分别完成354.5万辆和352.1万辆,同比均增长1.6倍,市场占有率达到13.4%,高于2020年8个百分点。远超中汽协2021年的年初预期的240万辆。伴随着新能源车出现对燃油车市场的替代效应加速,并开始拉动车市总体增长,加速汽车产业向新能源化转型。

与此同时,大批服役到期动力电池即将面临退役,规模庞大的动力电池市场伴生的是动力电池回收利用的行业机遇,电池回收是新能源汽车产业的重要一环,更是循环经济大版图的重要一块。动力电池回收可对新能源汽车产业产生巨大价值,提升原材料供给,降低对上游矿石的依赖;企业内部可建立闭环的回收模式,实现资源的循环利用。


    技术篇     

1
要回收什么,为什么要回收:

资源价值:每吨三元/磷酸铁锂电池系统中金属材料含量    


信息来源:中工汽车网


环保污染:如不妥善处理,报废的动力电池将带来巨大环保压力


资料来源:《我国车用动力电池循环利用模式研究》(苗雪丰),东亚前海证券研究所


2
当前主要技术处理方式

对于退役动力电池,根据其正极材料体系、电池容量和剩余寿命的特点主要采用梯次利用及再生利用法:

(1)梯次利用,将动力电池用于其他性能要求较低的应用领域;

(2)再生利用,即分解提取电池的重金属、化学材料及副产品。

动力电池退役一般路径


 3 
磷酸铁锂电池是当前退役的主流电池,2021年三元动力电池的金属回收占比增速明显提升
磷酸铁锂电池回收的金属价值较低,技术要求高,企业涉足意愿低。三元动力电池的金属回收价值高,且对于下游电池厂而言产业循环价值更大,将成为未来主要竞争赛道。

数据来源:高工产研电动车研究所
根据高工产研预测:到2022年前退役动力电池的主力都将是磷酸铁锂电池,三元动力电池的退役量将从2020年开始快速放量,2022年开始三元动力电池退役量将超过磷酸铁锂电池。因此,动力电池回收利用2018年-2021年主要面临磷酸铁锂电池的回收利用问题,从2022年开始,三元动力电池将进一步超过磷酸铁锂电池成为回收利用的主要对象。


4
梯次利用主要技术及工艺优劣势分析

        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。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,中国铁塔已于2018年开始对其旗下基站统一采购梯次利用电池;

梯次利用主要工艺流程如下:


梯次利用环节关键技术:

在电池的梯次利用过程中存在五项关键技术,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。

电池经梯次利用后,进入再生利用阶段。但并非所有电池都必须经过梯次利用环节进入再生利用。


5
再生利用主要技术工艺及优劣势分析
再生利用作为目前电池回收的主要技术手段。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、在生产等流程,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。而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,因此目前电池回收企业多从事拆解回收。
动力电池再生利用技术流程图

资料来源:《我国汽车动力电池循环利用模式研究》(苗雪丰),东亚前海证券研究所

目前三大主流回收工艺:

主流回收方法有物理回收,湿法回收以及热法回收,根据部分企业已公布回收技术路线看,湿法为主,湿法热法相结合路线占比较高。

物理回收(也称干法回收)是使用精细拆解及材料修复等技术进行回收,可以全自动无污染拆解,经济性较好。

湿法回收主要包括化学沉淀、溶剂萃取以及离子交换等三种方法,其反应速度较慢且工艺较为复杂,但由于此法对设备等要求较低,且产品纯度较高,因此此法为目前主流的电池回收工艺。

热法回收主要包括机械分选法和高温热解法,是直接实现各类电池材料或者有价金属回的方法,其工艺较为简单,但存在回收率低、能耗较高及污染等问题。

湿法回收经济价值明显,但物理回收更具环保优势

资料来源:《国内动力电池梯次回收利用发展简述》(葛志浩),东亚前海证券研究所


(1)物理回收
物理回收工艺分为自动化拆解和回收再制造两个环节。其中自动化拆解是将废旧锂离子电池通过放电、拆解得到的电池内部成分进行销售或回收处理。而拆解得到的电池芯包经过精细粉碎和分类等一系列手段,得到正极粉和负极粉等有价值的产物。回收再制造是通过将自动化分解中有价值的产物通过成分调整、材料修复等工艺进行电池再制造。
物理回收工艺流程一览

资料来源:《动力电池梯次利用场景与回收技术经济性研究》(贾晓峰),东亚前海证券研究所

三元电池的物理回收工艺具有较高收益。根据《动力电池梯次利用场景与回收技术经济性研究》中的调研结果及测算,在物理回收技术下,废旧三元电池以及磷酸铁锂电池的回收与拆解成本为平均13264元/吨以及8364元/吨;收益分别为16728元/吨以及7703元/吨。基于该组数据,物理法的回收收益将达到全部三种工艺技术的最高水平。另一方面,本组数据相对较为久远,随着近年来新能源金属价格价格的普遍上行,目前三元电池的回收收益将进一步提高,而磷酸铁锂电池方面,随着技术的进步以及磷酸铁锂价格的上行,其回收利用的收益空间也将逐步打开。

(2)湿法回收-应用范围最广

湿法回收技术主要指采用酸碱溶液对电极材料中的固态金属物质进行提取。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。
湿法回收工艺流程一览
资料来源:《动力电池梯次利用场景与回收技术经济性研究》(贾晓峰),东亚前海证券研究所


湿法回收技术优劣势明显,为我国主要动力电池回收工艺。从湿法回收技术的优势来看,该工艺相对更为成熟,且对于电池中的金属物质回收效率较高;劣势方面,湿法回收流程相对较长,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成本。由于目前我国电池回收行业尚不甚规范,行业内中小产能较多,因此在行业的污染治理方面尚未有较为严格的管控措施,湿法回收技术已凭借其工艺简单的优势成为了目前我国动力电池回收的主流技术。

 (3)热法回收-工艺相对简单,适合大规模处理

热法回收工艺主要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进一步通过磁选等方式进一步提纯。热法回收的预处理过程主要分为高温及低温两种形式。高温焙烧可将电池中的各类金属氧化物还原为单质金属或合金,便于后续的分离处理。而低温焙烧主要用于对电池中的各类有机物进行处理,通过低温焙烧,电极中的氧化物将发生氧化还原反应而被去除。

热法回收工艺流程一览

资料来源:《动力电池梯次利用场景与回收技术经济性研究》(贾晓峰),东亚前海证券研究所

从热法回收的优势上来看,热法回收的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,因此该工艺也受到了市场广泛的研究。但从缺点上看,热法回收工艺在大规模处理废旧电池时易排放出一定的有害气体,在回收是需要配套相应的尾气回收设备。此外,热法回收技术也在对能耗要求较高。

     投资指引篇     

    

1
商业模式

现行生产者责任延伸制下动力电池生产企业是电池回收的重要责任主体。当前回收利用的途径主要有三种。

我国动力电池回收或存三种不同主体的回收模式

资料来源:《我国汽车动力电池循环利用模式研究》(苗雪丰),东亚前海证券研究所

 
(1)电池厂商主导模式
电池厂商主导的通过已有的经销销售以及服务网络渠道进行回收;
动力电池生产企业回收模式

资料来源:《我国汽车动力电池循环利用模式研究》(苗雪丰),东亚前海证券研究所

(2)行业联盟

行业联盟主导的由行业内的电池生产商及电动汽车生产商或电池租赁公司组成行业联盟,共同负责电池的回收;
行业联盟回收模式

资料来源:《我国汽车动力电池循环利用模式研究》(苗雪丰),东亚前海证券研究所

行业联盟回收模式下各企业可实现优势互补。行业联盟是指将动力电池生产企业、新能源汽车生产企业、第三方动力电池回收利用企业等有重要主体联合起来,形成一个统一的回收组织。在这一联盟中,动力电池生产企业可提供电池并为新电池提供销路,汽车厂商可为废旧电池提供回收渠道,第三方回收企业则通过自身技术优势实现动力电池的高效回收。在各方优势的互补互足下,行业联盟电池回收模式或将成为未来动力电池回收行业的主要商业模式。

(3)第三方回收企业回收

第三方处理企业电池回收模式

资料来源:《我国汽车动力电池循环利用模式研究》(苗雪丰),东亚前海证券研究所

第三方回收回收模式为当前的主流回收模式,但其发展存在渠道限制。随着新能源动力电池退役潮的逐步启动,目前已有越来越多的专业电池回收企业注册成立。由于第三方企业专司电池回收业务,其回收的专业性或比电池或者汽车生产企业更强,但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,因此该商业模式未来行业竞争或将更加激烈,未来或将有多数第三方回收企业被行业淘汰。

目前,头部、第一梯队动力电池厂商目前均通过自建、合作模式构筑了一定闭环程度的回收网络,前期且随着换电模式成熟,电池生产追溯体系完善,闭环内电芯及pack工艺的熟悉,行业发展前期动力电池厂模式会有一定优势,但随着大批动力电池临近退役,该模式回收消纳能力与市场电池总体拆解需求仍有较大缺口。且随着电池生产标准逐渐统一,回收效率提升及循环对锂、镍、钴等原料级材料活性影响可控前提下,行业联盟及模式及第三方模式仍将伴随动力电池回收市场蛋糕不断增大有较大的发展空间。

行业联盟回收模式或将存在更明显优势

资料来源:《我国汽车动力电池循环利用模式研究》(苗雪丰),东亚前海证券研究所


2
优质动力电池回收企业核心竞争优势

(1)技术优势:回收工艺、回收效率是核心驱动力

无论采用湿法、热法、还是混合工艺,领先的回收工艺和回收效率、更小的环保影响是贯穿锂电回收企业全生命周期保持竞争性优势的核心驱动力。

(2)区域产业集群优势:临近区域产业集群地,保持与上下游强关联是实现产业链路畅通、成本有效管控的先发优势。

动力电池回收行业与动力电池厂商、正极材料/前驱体厂商互为上下游。目前经过行业前期发展,国内已形成长三角、两湖、珠三角三大产业集群,无论是前述三种不同商业模式,同区域内行业参与主体之间在成立初期即保持较好的开发合作与产业联动模式,较小运输半径带来运输成本优势不断推动区域产业集群整体竞争力提升。

(3)较大且成熟的回收处理规模是前期卡位阶段重要抓手。

行业发展前期,拥有较大成熟工艺处理规模将更容易获取优质客户,更容易获取一致性更好的待处理的Pack/电芯,同时进一步促进工艺升级进步,回收效率进一步提升,进而获取更多优质客户,企业得以较快进入良性发展阶段。

(4)上下游强关联合作关系是行业发展中后期为企业构筑竞争优势隐形护城河。

对于动力电池回收企业而言,熟悉上游电池生产、pack工艺,同时熟悉下游正极/前驱体材料结构体系,同时打通与换电模式下电池所有权、使用权、经营权分离的商业合作模式,形成强关联合作关系,是企业在行业发展至充分竞争阶段隐形护城河。


3
行业风险

(1)供给风险:新型提锂技术及工艺突破、锂、镍、钴等核心金属材料价格大幅波动,影响动力电池回收行业总体经济价值;

(2)新技术替代风险:氢燃料电池、新型动力电池技术突破,替代现有锂离子为主的电化学体系动力电池;

(3)动力电池生产工艺标准统一速度缓慢,回收利用工艺突破不及预期,行业总体发展速度不及预期。


4
行业展望

行业集中度:相较于目前上游电池生产环节CR2占比近7成,锂电回收行业短期看不会出现过度集中,行业集中度将相对较分散,预测2025年、2030年行业CR5分别不超过40%,60%。

商业模式端:将呈现电池厂主导模式、行业联盟模式为主,第三方回收模式作为补充。


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动力电池回收行业专题研究报告--行业政策及市场篇

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