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2017-2018年动力电池回收行业研究报告
来源: 电池中国 2018-09-12 10:13:58 发布人: 长江新闻号 http://www.ccmn.cn
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新能源汽车环保优势明显,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主要体现在:

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;

提升能源利用率:以电动汽车为例,按每百公里耗电15-20kWh计,考虑发电厂和电动机损耗,能耗约等于7kg标准煤,传统汽车按每百公里耗油量10L计,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,国家针对新能源汽车的生产、销售和购买等环节出台了诸多优惠政策,刺激新能源汽车行业迅速发展。

新能源汽车市场迎来产量、销量双爆发后继续维持高速增长,2013-2015年新能源汽车实现爆发增长,产量逐年成倍攀升,2016年以来增长由爆发转向平稳高增,近两年均维持50%以上的产量增速,2017年实现产量79.4万辆,同比增长53.6%。

动力电池爆发后转向平稳高增,三元和磷酸铁锂电池各占半壁江山

动力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增的发展。整体来看2017年动力电池总出货量38.2GWh,同比增长37.0%。

在动力电池的开发、运用过程中,各大厂商将高性能的锂电池作为主要对象,根据正极材料的不同主要分为:

磷酸铁锂(LiFePO4)电池和镍钴锰(NCM)、镍钴铝(NCA)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得其近年越来越受到青睐,占比迅速提升。

2017年磷酸铁锂电池的装机量19.97Gwh,占比50%;而三元材料电池装机量16.15Gwh,占比已达44%。

大量动力电池即将步入退役期,回收需求迫切,市场空间广阔

预计2018年动力电池回收量增速望超200%

对于新能源汽车来说,当电池容量衰减到初始容量的70%-80%就需要对电池进行更换,其中电动乘用车电池的使用周期为4-6年,而商用车电池用度更高,因此寿命约为3-5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试点将会在2018年左右,届时动力电池的退役与更新也望迎来爆发式增长。

我们假设新能源乘用车电池使用周期5年,商用车4年,到期后更新率(即真正退役的电池/年限到期应该退役的电池总量)逐年提高,则根据近年动力电池的产量能够测算出到2018年,动力电池新增报废装机量或将达11.14GWh,同比大幅增长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9.22万吨,同比增长273.3%。

锂电池潜在环境威胁大

大量的退役电池将对环境带来潜在的威胁,尤其是动力电池中的重金属、电解质、溶剂及各类有机物辅料,如果不经合理处置而废弃,将对土壤、水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。

回收处理发展空间仍大

1、退役电池回收体系初步建立,生产者责任延伸促进回收网络紧密化

2017年1月国务院印发的《生产者责任延伸制度推行方案》中,明确了电池的回收责任归生产者所有,要求电动汽车及动力电池生产企业建立废旧电池回收网络,利用售后服务网络回收废旧电池,统计并发布回收信息,确保废旧电池规范回收利用和安全处置。

汽车厂商负责全程追溯:汽车生产厂商生产时优先使用再生原料、安全环保材料,考虑可回收性、可拆解性,并且将出售给消费者的产品进行编码,建立全生命周期追溯系统。

经销商与售后网点保障回收处置:同时,汽车生产厂商建立售后服务网点,统计并发布回收信息,确保废旧电池规范回收利用和安全处置。

消费-主动提出回收:消费者购买、使用汽车/动力电池直至报废,通知汽车售后的回收部门。

经销和售后网点回收并通知下一步回收拆解:对于电池:售后网点对废旧动力电池进行统一整理后,通知专业电池回收公司;对于整车:通知报废汽车拆解企业进行拆解,拆解出的电池自行回收处理或通知专业电池回收公司处理。

电池回收企业梯次利用/拆解再生完成循环:废旧动力电池公司通过对电池的安全性以及可利用性进行分类,通知动力电池回收利用资源再生企业,将可以利用的动力电池合理分配给需要低动力电池的企业,或者销售给有电池企业授权的回收网点,回收网点通过检测不同电池废旧程度、电量以及可再利用的价值,对电池匹配使用。

对于不能利用的电池进行拆解并将原材料出售给相应的电池生产企业,完成循环。

在此政策背景下,动力电池的回收体系将进一步明晰,电池厂商-车企-消费者-回收/处理企业-电池厂商/其他厂商的循环机制得到认可,第三方回收/处理企业能够与上/下游建立更密切的联系,而此前提到的小作坊等渠道由于无法与合法渠道直接对接,其生存空间料将进一步被压缩。

2、回收再生方案:梯次利用仍有提升空间,拆解技术成熟度高被替代的废旧电池主要有梯次利用和拆解两种处理模式。

梯次利用的循环体系已经形成

梯次利用指退役动力电池经过测试、筛选、重组等环节,再次用于低速电动车、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。

目前梯次利用的主要领域仍在储能和调峰,以中国铁塔为例,其铁塔备电、削峰填谷站等储备电量需求约8800kWh(目前主要使用寿命短、能量密度低、价格低的铅酸电池),而随着环保、效率等要求之下,对铅酸电池的替代料将为动力电池梯次利用打开巨大的需求缺口。

目前以PACK(电池包,即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。

具体操作过程中由于需要考虑整个电池包的机械强度、系统匹配等问题,需要涉及热管理、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的成熟技术相互交叉协作,是梯次利用过程中的高门槛环节。

BMS电池管理系统的主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作用。

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作用,对于电池厂商而言,BMS体现了厂商的核心技术竞争力,而对于动力电池梯次利用而言,BMS则决定了再利用电池的适用范围、寿命和整体价值。

狭义的梯次利用仅指电池的重组再利用,而当前磷酸铁锂电池的梯次利用回收利用体系已经形成,其内涵已经成为围绕着可利用资源展开的全周期、多层次的利用:当车辆进入报废期后(一般车的使用寿命比电池长),将经历:

(1)高性能电池筛选:车企、汽车拆解厂和部分回收企业会将报废电池中一致性较高、性能相对较好的电池通过检测等方式筛选出来,配组或委托其他企业配组为电池组,进而出售给下游以中国铁塔为代表的梯次利用企业。

(2)拆解:对于状态较差、没有直接利用价值的电池,多数会归集到第三方回收企业手中,回收企业利用物理法或湿法进行拆解再利用,将其中的铜、铝、隔膜等原材料提取并直接销售,磷酸铁锂电池的正极材料粉、负极材料粉将进入修复阶段。

(3)修复:修复的目的是为了将磷酸铁锂的材料粉进一步提纯,以获得更高的售价。同时,梯次利用后退役的电池将同样接收拆解/修复等流程,实现多维度的层层利用。

整个循环流程中,一般的回收企业有三个盈利点,即(1)出售初次筛选状态较好、能够直接梯次利用的电池;(2)出售拆解后的原材料;(3)出售修复过的正/负极材料。

但目前梯次利用由于技术和商业化两方面问题。

从技术角度来看,由于动力电池一致性较差、寿命不一,BMS系统的数据将会和电池实际状况发生背离,从而使进行梯次利用过程中面临安全、产品品质等方面的挑战;

从商业化角度来看,一方面目前梯次利用的产物标准化程度相对较低,另一方面因为电池型号不一,配组时需要的电池量基数将很大,则筛选、配组和加工成本仍相对较高,只有少数技术成熟的企业才能获取经济效益。

尽管如此,目前已经有多家行业龙头与中国铁塔等下游利用企业达成了研究和应用的战略合作协议,随着动力电池各类标准的不断出台和实施,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在未来迎刃而解。

三元电池拆解技术相对成熟

对于三元材料电池,常用的回收手段仍为拆解,其拆解产物镍钴锂铜铝等金属仍具有较高的经济价值(磷酸铁锂回收成本和拆解收益接近,拆解效益低),一般用于动力电池的再制造。

目前回收工艺主要分为干法、湿法和生物回收,其中湿法为目前的主要工艺,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,主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年发布的《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公告管理暂行办理》,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,且当前退役的电池中(多为2014年左右)三元材料电池占比仍相对较低,但由于镍、钴等原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。

3、回收渠道逐步形成,解决运作模式不规范痛点

由于动力电池回收市场仍处于发展的初级阶段,各类不规范的现象依然存在,主要表现在:

(1)小企业技术与环保仍不达标

目前市场上的中小企业普遍采用破碎进行回收资源化利用,而破碎方法以统一粉碎为主,即原材料投入吃料斗中破碎为粉状和片状,通过扬尘粗分等回收铜粉和铝粉等,一方面铜粉、铝粉杂质高,另一方面环保严重不达标。但由于小企业分布分散,监管仍不能完全触及,因此仍对行业集约化发展造成阻碍。

(2)电池运输成本高,地域性强

电池的运输算作危废运输,异地处理的成本会因为运输费用高企而变高,小规模企业无法通过提高周转量摊薄成本,因此更多的企业倾向于在本地进行回收处理,对于需要运输的业务,部分不规范企业采取与有危废运输资质的运输企业合作的方式“打擦边球”,以危废资质企业的名义操作但不使用危废专用车,虽然降低了成本但形成了巨大的环境污染安全隐患。

尽管行业不规范行为仍存,以大型车企为代表的企业已经通过主动联通产业链各环节的方式加强回收利用网络的构建。

从车企角度来看,其对消费者承诺电池的使用期,当电池提前报废而承诺使用时限未到时,消费者可以用已经报废的电池在4S店等终端渠道进行替换,车企通常会替换状态较好的梯次利用电池,这样一来消费者在剩余承诺期的电池使用基本不受影响,而车企则能够同时在回收端和利用端进行电池的循环。

车企主动推动回收是整个回收渠道正规化的重要一环,随后回收到的动力电池将流入拥有资质和技术的专业电池回收再利用企业。

从电池回收企业的角度来看,一般会与回收服务网点、报废车回收等上游企业建立合作,获取报废的动力电池。

通过梯次利用或拆解使报废电池增值,进一步将梯次利用电池出售给下游的储能等用户,或将拆解得到的电池原材料出售给电池企业,完成再利用的闭环。

目前国内车企在电池更换承诺、报废电池回收方面已经有所启动,随着各环节的合作紧密型加强,未来动力电池的流通环节将更加透明,回收体系也会更加规范化、健康化。

拆解市场前景可期

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。

以三元523电池为例,每吨三元电池镍、钴、锰、锂含量约为96、48、32、19千克,目前市场上镍、钴、锰的平均回收率可以达到95%以上,锂的回收率在70%左右,金属锂、钴、电解镍和电解锰的市场价格分别为90万元/吨、60万元/吨、10万元/吨和1.2万元/吨。

考虑到三元电池回收企业在拆解贵金属后以硫酸盐的形态再销售给下游企业,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,因此到2023年仅三元电池的拆解市场规模预期可达54.1亿元,未来五年CAGR预期达61.9%。

成本费用方面,三元电池回收成本主要由生产成本、各类费用和税费构成。

其中,生产成本的构成主要有:

材料成本(废旧电池、液氮、水、酸碱试剂、萃取剂、沉淀剂等)20000元/吨;燃料及动力成本(电能、天然气、汽油消耗等)650元/吨;

环境治理成本(废气、废水净化以及废渣、灰烬处理)550元/吨;设备成本(设备维护费、折旧费)500元/吨;

人工成本(操作、技术、运输人员等工资)400元/吨。分摊的管理人员工资等管理费用和销售人员、包装等销售费用约400元/吨;增值税、所得税4000元/吨。

则三元电池的拆解成本合计为26500元/吨,按上述收益34000元/吨计算,拆解利润为7500元/吨,2023年对应净利润空间料将超10亿元。

磷酸铁锂电池:梯次利用百亿市场潜力巨大

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,废旧磷酸铁锂电池回收成本在0.05元/Wh,磷酸铁锂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。

假设磷酸铁锂电池的能量密度为110Wh/kg,回收废旧电池的能量衰减至70%,梯次利用的收益空间有望在2023年超过50亿元。

行业发展趋势和特点——龙头集中度有望提高

发达地区需求高增,区域与渠道布局成重要壁垒

动力电池回收存在较强的区域性,且行业规范化后各环节渠道将相对固定,因此现阶段在地域和产业链各环节布局渠道的龙头企业有望在未来获取稳定退役电池资源。

目前国内新能源汽车的制造企业和推广政策集中在上海、江苏、广东等东南部地区,而发达的一二线城市仍占据新能源汽车保有量前列。

截至2016年底,以上海、北京为代表的前五城市新能源汽车保有量约为35.2万辆,占全国153万辆的23%。同样地,动力电池的回收渠道方面同样呈现较强的区域性,且产能分布与能源汽车推广地区的重合度也相对较高。

目前行业内的龙头企业已经通过自建生产线、并购和与上下游合作等方式在前端渠道(即回收端)和后端渠道(即回收产物的下游利用端)进行拓展。

其中,以光华科技、格林美等为代表的企业利用主业优势,从供给和需求两段提早布局,一方面拓宽前端回收渠道的覆盖地域,另一方面通过自建生产线扩充产能,并与利用企业签订战略合作协议等方式保障下游需求顺畅;

车企龙头比亚迪、宇通等企业则通过与电池厂商或回收厂商合作的方式参与循环体系;另外,产业链上的其他环节如电池厂商(以宁德时代为代表)、设备商(天奇股份等)也纷纷通过并购等方式切入回收领域。

技术驱动下的规范化企业有望脱颖而出—借鉴铅酸电池发展经验

通过对比铅酸电池回收“劣币驱逐良币”的历史发展格局,我们认为在政策驱动下,动力电池回收行业中,拥有规模效应和全面技术优势的龙头企业将在未来实现“良币挤出劣币”的逆袭。

废旧铅酸蓄电池回收布局分散、技术门槛低,市场呈“劣币驱逐良币”格局

铅酸蓄电池自1859年发明以来,被广泛用于交通、通信、电力等各个领域。至今,由于其工作电压稳定、放电电流范围宽、造价低廉的特点,铅酸蓄电池仍然在当今生产生活各个领域大规模使用。

其报废市场的总量同样可观,2016年报废的铅酸蓄电池规模超500万吨,含铅量超300万吨,2017年报废的铅酸蓄电池将超600万吨,含铅量超400万吨。

与动力电池回收不同,铅酸电池的分布更为分散,且回收技术门槛更低。由于铅的熔点较低加之电池成分相对简单,即使是没有任何技术基础的小作坊,也能够利用简单的加热析出这一土法炼铅工艺获得电池中80%-90%的铅。

而小作坊在炼制过程中随意倾倒废液、排放废气,无污染处理费用负担,利润空间远高于正规的铅酸蓄电池处理厂,因此约有80%的铅酸电池都会经由小摊贩流入无危险废物经营许可证的小作坊。

高危险性与低门槛阻碍规模化发展

虽然对于铅酸电池的回收国家同样出台了诸多政策方案和处理办法规定,但由于铅蓄电池危险性高、酸液腐蚀性强易渗漏等缺点,《废铅酸蓄电池处理污染控制技术规范》对废旧铅酸蓄电池处理的各个环节提出了严格的要求,一方面极大地提高了正规铅酸蓄电池回收、处理的技术门槛和合规成本,另一方面规定中对储存、运输环节的高周转等要求对废旧铅酸蓄电池回收企业扩大规模形成了一定阻碍。

动力电池回收技术要求和政策起点更高,规范化企业顺应政策达到挤出效应

相比废旧铅酸蓄电池回收利用过程中正规厂商面临众多小作坊的竞争、排挤的局面,动力电池的回收不仅涉及拆解,各类材料的分离、提纯修复对技术要求更高,一般小作坊不具备动力电池回收的技术水平,回收收益不及铅酸蓄电池。

同时,环保方面更为严格的要求进一步使小散企业的生存空间被压缩,政策导向也重在提高行业的集约化发展程度,培养示范企业。因此通过提高技术获得高收益并降低环保成本的企业自然能够在盈利能力提升的同时提高市场份额。


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