电池回收有“锂”就够了丨TR50邀请“聪明公司”一同书写科技创新故事

Writer： admin Time：2023-07-02 Browse：153

　　从旧笔记本电脑、腐蚀的电钻和电动汽车中回收的高价值金属，可以为未来的汽车提供动力。这得益于回收技术的进步，使旧电池变成新电池成为可能。

　　随着电动汽车变得越来越普遍，人类对锂离子电池的需求也在飙升。对于气候变化来说，更多地使用电动汽车是一个好消息。但制造电池所需的金属供应已经捉襟见肘，到 2050 年，我们对锂的需求可能会增加 20 倍。

　　回收可能会有所帮助。旧的废旧电池处理方法难以可靠地回收足够多的这些金属，也就不能产生经济回报。但新的方法很快改变了这一点，使回收商能够更有效地溶解金属并将其与电池废料分离。

　　在废旧电池和电池生产过程中遗留的制造废料中，回收设施现在可以回收几乎所有的钴和镍，以及超过 80% 的锂，回收商计划以与开采材料接近的价格转售这些金属。铝、铜和石墨也经常被回收。

　　如今，中国在电池回收方面处于世界领先地位，主要由宁德时代等大型电池公司的子公司主导。欧盟最近提出了针对电池制造商的回收法规、美国如Redwood Materials和Li-Cycle等公司，也正在迅速扩大运营规模。

　　无论是从电池技术发展、市场趋势所向、商业模式需要还是产业链协同等角度看，新能源产业都应走可持续发展之路，而电池回收则是这条路上的必经站点。

　　图丨电池回收利用（Battery recycling）入选 2023 年《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术”

　　除了我国外，大量其他国家与地区也都提出了碳中和目标，如美国、欧盟、英国等提出要在 2050 年实现碳中和。碳中和具体实施策略主要从两方面入手，一是降低化石燃料的消耗；在能源消耗结构中化石燃料占比极高，导致能源消耗过程中产生了大量的碳排放。二是发展清洁能源；降低能源消耗过程中的碳排放。

　　而电池作为新能源的主要载体，已完成初期产量的积累，逐步转向全生命周期管理这一质的提升，而全生命周期管理的末期也即电池的回收和再利用就成为目前电池产业需要补上的短板。在双碳政策的影响下，全球电池新增装机量及现有存量均保持了极大规模，这也为电池回收产业的发展提供了源源不断的市场空间。

　　新能源产业高景气，电池回收市场乘势崛起；当前电池市场稳中有进，消费电子电池保持稳定，新能源汽车动力电池持续高速增长；加上电化学储能电池为代表的新型储能今年快速上量。三驾马车齐头并进，使得现阶段电池产业增长迅猛。

　　①消费类电池整体处于行业发展成熟期，主要依靠新兴电子产品的应用市场增长，预计 2023 至 2025 年复合年增长率为 5% 左右。

　　②相比于消费类电池的稳定，动力电池则保持着高亢的增长态势，受到各地政策推动和消费者对新能源汽车需求的猛增，以及动力电池自身生产、制造成本的持续降低的影响，我国新能源汽车市场规模和动力电池装机量将以高增速持续爆发。据公开数据统计，中国动力电池的装机量自 2016 年的 28GWh 增加至 2022 年的 294GWh，复合年增长率达到 60% 。预计 2023 年将达到 433GWh ，2023 年至 2025 年的复合年增长率为 40%。

　　③电化学储能电池同样保持着超高的增长速率，电化学储能为主要形式的新型储能在 2022 年新增装机规模约 13.19GWh，同比增长接近两倍。预计到 2025 年，这一数据将有望突破 100GWh，2023 年至 2025 年的复合年增长率达 100%。

　　因此，基于对未来消费电子、新能源汽车及新型储能需求的预测， 2023-2025 年锂电池装机仍将维持快速增长，2025 年锂电池装机量有望达到 739GWh，动力电池装机将成为主力。预计 2020-2025 年消费电池装机 CAGR为 10.4%，动力电池装机 CAGR 为 51.9%，储能电池装机 CAGR 为 54.6%。

　　而在存量方面，2016-2020年锂电池装机累计已达 487GWh，存量装机规模大。早期的电池产品正在逐渐进入准退役阶段，电池回收是实现产业链可持续发展的必由之路。作为电池后周期行业，电池回收利用也如动力电池一样将显著受益于装机持续高增与存量可观装机规模，行业将维持长周期高景气。

　　金属价格从 2020 年末就已经进入上升通道，带动回收产业盈利性增强。根据美国能源部的数据预测，全球锂电的需求将在未来进一步扩大，到 2030 年仅锂电池的需求就达 3000GWh，而产业界对上游资源的需求和对下游市场的供给在可预见的未来都将持续扩大。

　　对于电池上游侧，资源压力主要体现在三方面：一是国内高品质原材料资源紧缺，以锂为例，中国优质的硬岩锂矿资源较少，主要以盐湖锂的形式存在，而盐湖提锂技术及产能有待突破；再者国外动力电池原材料供给集中且产量波动大，新冠疫情、俄乌冲突等国际突发事件进一步加剧电池供应链的不确定性；最后，由于电池产业的扩产周期长，供需错配时间也同时被拉长。

　　对于电池下游端，需求持续暴涨：以新能源汽车为代表的电池下游市场连续暴涨；加之电池研发难度大，化学体系迭代周期长，导致中长期电池市场将一直以锂电池为主；同时电池行业竞争日趋激烈，电池企业保持快速扩产的节奏以抢占市场份额，拉动对上游资源的需求。

　　一上一下两端，随着锂资源为代表的电池上游原材料供需缺口逐步扩大。根据中国汽车工业协会等预测，中国 2030 年锂资源供需缺口将达 145 万吨碳酸锂当量。因此锂、钴、镍等资源如果不回收利用将会枯竭。这必然会推动相应原材料涨价，带动回收产业盈利性增强，催化回收产业快速发展。

　　中国动力电池规模增长迅速，电池回收势在必行。电池回收行业的发展驱动力主要源于两个方面：环保效益、经济效益。

　　环保上的压力来自电池尤其是动力电池正极、电解液等多种材料中含有的钴、镍、铜、锰、有机碳酸酯等具有一定毒害性的化学物质，以及部分难降解的有机溶剂及其分解和水解产物。这些物质如果不加处理就排放出去，会对大气、水、土壤造成严重污染并对生态系统产生破坏。

　　经济效益方面，目前从新能源汽车上退役下来的动力电池仍然具有较高余能，并且动力电池中含有大量的锂、钴、镍以及其他稀有金属，这些金属并不会随着动力电池使用寿命的终结而消失，这些金属材料仍具有较好的经济价值，对其做直接报废处理将会产生巨大的资源浪费。将废旧动力电池进行回收后通过拆解、分离、提纯等加工后可再次用来生产动力电池或者其他产品，进而可充分利用此类有价金属，实现经济效益最大化。

　　梯次利用是指动力电池退役后，以电池包或模块、单体的形式再次应用到储能电站、光储系统、通信基站以及低速电车等性能要求低于电动汽车的场景的过程。梯次利用已经退役的动力电池，可延长电池使用寿命，充分发挥其剩余价值，促进新能源消纳，能够缓解当前电池退役体量大而导致的回收压力，降低电动汽车的产业成本，带动新能源汽车行业的发展。

　　当电池余能大于或等于 80%，即动力电池满足电动汽车使用要求，作为正常能源电池在车中被使用。电池余能处于 60%-80%，可以选择将电池组梯次利用或者包装再造，可应用于储能、通信基站、太阳能、低速电动车等领域。当电池余能衰减至 20%-60%，则由专业厂家回收拆解成单体电池，以串、并联的方式以多种组合形式再配组。重组后电池主要使用在用户侧/微电网。

　　而当电池余能衰减至 20%以下，此时电池已经可以进行报废处理，仅需提炼回收电池内部部分零件及稀有化学成分，回收金属元素。电池的拆解回收就是指通过物理回收、湿法回收或者火法回收等工艺，再次利用退役动力电池中的锂、钴、镍、锰、铝箔以及铜箔等有价值的材料。

　　电池的梯次利用流程复杂，对技术和管理要求非常高。当前梯次利用主要方案有两种：一是将退役电池进行集中拆解，并集中筛选，然后将筛选后的电芯重新组装成模块；二是在退役电池基础上进行直接改造。但无论哪种方案，梯次利用的壁垒都高，技术难点难以突破。

　　主要原因包括：1)电池缺乏统一的标准，因此很难采用同一套拆解线，自动化程度低，导致拆解成本高；2)技术整合难：退役模组SOC技术和BMS技术难以突破，亟待解决；3)寿命预测技术：综合利用退役电池的技术关键点在于不同温度下的容量衰减机理、余能预测，及定量测量技术等均为实现突破；4)重组技术：分组参数设定问题、模组稳定性差、系统集成难度大，一致性评估技术不成熟等。

　　而对于拆解回收技术路线，则是将退役电池 通过化学、物理、生物等手段进行拆解，回收其中的镍、钴、锰、锂等金属元素和其他可回收材料。金属回收率和纯度基本可以达到 90% 以上。三元锂电池中含有的 Ni、Co、Mn 等金属元素含量远高于原矿，磷酸铁锂电池中 1.1% 的锂元素含量亦高于我国开发利用的品位仅为 0.8%～1.4% (Li2O)的原矿(对应到 Li 含量仅 0.4%～0.7% )。拆解回收法可提高矿产资源的循环利用，相比直接开采的生产方式更具成本优势。因此，目前电池回收技术路线逐步以拆解回收为主要路线，以三元废旧电池回收为例，按照金属钴、金属镍、碳酸锂的波动价格测算，回收利润率约为 30%-50%。而随着锂金属价格上涨，铁锂回收经济性得到明显改善，以 2022 年 3 月的数据为例，锂金属价格突破 300万元/吨，此时铁锂电池回收的利润率高达 54%。

　　电池回收的商业模式主要分为锂电材料企业回收模式、电池生产商回收模式、整车企业为主体回收模式以及梯次利用回收模式四类。

　　锂电材料企业回收模式即以锂电材料企业为主要实施者，通过回收废弃电池中锂、钴、镍等关键有价材料资源，形成产业闭环，从而实现降本的商业模式。代表企业有格林美、中天鸿锂、邦普以及华友钴业等。

　　其中，格林美按照“电池回收-原料再造-材料再造-电池包再造-新能源汽车服务”的新能源全生命周期价值链开展业务布局。中天鸿锂则构建绿色智能锂生态链：回收—拆解—梯次—再生—钴、镍、铜、铝、钛等贵金属回收，并已建成智能自动化拆解生产线。华友钴业延伸产业链至回收，拓宽其在钴资源等原材料供应渠道，保障资源稳定。

　　此外，赣州豪鹏、中伟资源循环、赣锋循环、佳纳能源、金驰能源等也已具备锂电回收能力。

　　电池生产商回收模式，由动力电池生产商对电池负责回收，并将环保责任覆盖电池的整个生命周期中，即电池的生产、使用、回收以及报废处置等过程。该模式以动力电池企业为主导，通过电池回收提高公司对上游原料的议价能力，从而降低电池生产成本。但是该模式逆向物流回收路径长，且由于国别、地域的差异不利于追责。该模式交转和运输次数较多，因此回收成本较高。这就导致电池企业通常以建立战略联盟、参股等形式参与材料企业、第三方回收机构合作，来布局电池回收业务。国内代表性企业包括宁德时代、比亚迪、国轩高科、蜂巢能源等。

　　整车企业为主体的回收模式是指因消费者使用不当等原因导致动力电池先于电动汽车报废时，维修或更换的电池由整车企业承担电池回收责任，整车企业将电池交至动力电池处理单位的回收模式。该模式下，整车企业承担生产者责任，有义务建立电池回收网络，利用旗下 4S 店等渠道从 C 端回收退役电池。该模式相对于电池生产商回收模式而言，回收路径更短，有利于保护动力电池技术及设计等商业机密。此外，整车企业可通过动力电池处理单位了解不同类型动力电池报废后处理的难易程度，从而能够在生产设计时将电池回收处理考虑在内。该模式的代表性企业包括北汽蓝谷、宇通集团、丰田以及特斯拉等。

　　梯次利用回收模式的企业通常是非电池及电池回收业务的第三方企业，其主营业务类型为先进化学品、储能电站、光储系统、通信基站等，与动力电池回收的梯次利用有较好的契合点，因此进行电池回收业务布局。该模式的代表企业为中国铁塔、光华科技、天奇股份等。

　　光华科技就是利用自身技术优势，与北汽鹏龙、南京金龙、广西华奥、奇瑞万达等多家车企签订回收战略合作协议，建立起一定规模的动力电池回收渠道。而中国铁塔是国有大型通信基础设施服务企业，既是退役电池的消费者，也是退役电池的回收者。其回收模式关键在于与车企、动力电池企业合作，共建共享回收网络。中国铁塔与一汽、东风、江淮、比亚迪、蔚来等众多新能源车企签署了战略合作协议。此外，中国铁塔与国轩签订动力电池梯级再生利用战略合作协议，协力推动梯级动力电池在通讯基站领域的应用。

　　虽然当前电池回收市场仍然存在电池信息不完整、产业链不完全、政策法规待健全等不足，但是凭借其独特的环保友好、战略价值高及经济性等优势，已经成为当前锂电产业链最值得期待的新环节和新增长点。中国乃至世界锂电回收市场都在蓄势待发，领域内的聪明企业千帆过尽，为碳达峰与碳中和这一绿色发展必由之路增添强力后劲。

　　自《麻省理工科技评论》成立之初，就一直关注那些正在颠覆现有格局并创造新的市场机会影响人类社会的技术，以及那些正在从实验室走向市场即将商业化的技术。在此基础上，也高度关注将这些技术落地，并用这些技术影响我们生活的聪明企业。

　　这些推动技术商业化、支撑创新人才实现梦想的企业正是《麻省理工科技评论》寻找的“聪明公司”。自 2010 年起，《麻省理工科技评论》每年都会从全球科技公司中评选出“50 家聪明公司”（50 Smartest Companies，简称 TR50），以此洞见未来科技版图的构成。

　　2018 年，“50 家聪明公司”正式落地中国，从中国视野和中国立场面向全球寻找和甄别那些可能会影响世界的聪明公司。在过去的三年里，《麻省理工科技评论》中国分别以“中国支点”（2019 年）、“中国聚力”（202 0 年）和“中国引领”（2021 年）为概念完成评选。2023 年，我们将继续在可持续发展的基调下，在世界范围内寻找关注“In China、By China、For China”的新兴技术创新型商业力量。