搜索

欢迎来到 节能与新能源汽车年鉴 官网!

节能与新能源汽车年鉴

节能与新能源汽车行业官方权威性工具书

版权所有  ©  北京国能赢创能源信息技术有限公司    京ICP备17037723号  京公网安备 11010802025013号                                                                                                                网站建设中企动力 北京

《节能与新能源汽车年鉴》编制办公室
联系人:王云龙
座 机:010-88110355
手 机:13691117911(微信同号);18611639980
邮 箱:chinaev863@126.com

手机网站

微信网站

>
>
行业综述-动力电池回收循环与梯次利用

您现在的位置:

行业综述-动力电池回收循环与梯次利用

作者:
董庆银 李金惠 * 郝硕硕
来源:
节能与新能源汽车年鉴
日期:
2020/04/23 16:02
浏览量

摘要:近年来,随着国内新能源汽车产业的兴起,作为新能源汽车的重要组成部分,动力电池的回收利用问题愈发受到社会的广泛关注。废旧动力电池回收体系建设以及安全问题引发重视,动力电池的综合利用技术还有诸多难点。本文从我国动力电池回收与梯次利用的产业现状和重难点问题入手,分析提出解决方案,预测产业未来发展需求与趋势。

关键词:动力电池;回收体系;梯次利用;再生利用

 

一、2018年动力电池回收利用产业概述

 

1、动力电池产生及报废情况

 

1)新能源汽车产量:目前,我国新能源汽车累计产量已超280万辆,推广规模居于世界首位。区域分布上,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[1]。2018年,新能源汽车产销量分别为126.9万辆、125.5万辆;动力类型上,以纯电动为主,占总产量约78.4%,插电式混合动力约21.6%。

 

2)动力电池配套量:我国动力电池累计配套量超过131GWh,产业规模位居世界第一,磷酸铁锂、三元电池分别占比约54%、40%。据锂电网数据,2018年,我国动力电池装机量57.4GWh,乘用车占装机量的57%,三元材料占比约60%。

 

3)动力电池报废量:从企业质保期限、电池循环寿命、车辆使用工况等方面综合测算,2018年后新能源汽车动力电池将进入规模化退役,预计到2020年累计将超过20万吨(24.6 GWh),如果按70%可用于梯次利用,大约有累计6万吨电池需要报废处理[2]。

 

2、动力电池回收网点建设概况

 

根据工信部2018年公布的两批动力电池回收服务网点数据,共有45家新能源汽车生产企业(包含2家进口商)在全国31个省(市)设立了3204个回收服务网点,主要集中在新能源汽车保有量较大的京津冀、长三角、珠三角和中部地区,网点数量超过100个省级行政区有广东、浙江、江苏、上海、山东,均是东部沿海地区。网点建设主要依托现有售后服务机构升级改造(占98.55%)。

 

以北京市为例[3],根据工信部新能源汽车动力电池回收服务网点信息,截至2019年4月,北京市共有98座,占全国总数的4%,有近60%的回收站点在北京五环路外。回收网点由28个汽车生产企业负责。与销量市场不同,在回收端布局较多的企业是浙江豪情汽车制造有限公司、华晨宝马汽车有限公司、宝马(中国)汽车贸易有限公司和广汽丰田汽车有限公司。

 

3、动力电池梯次利用市场概况

研究表明,当动力电池容量下降到80%以下时,将不能继续用于汽车,梯次利用可延长动力电池的生命周期和使用寿命,我国鼓励开展动力电池梯次利用。主要应用方向包括:通信基站(铁塔为代表)、电力储能(国家电网为代表)、低速电动车(中天鸿锂“以租代售”商业模式)、光储能(北京匠芯为代表)等。

 

2018年我国梯次利用尚处于起步阶段,主要原因:一是目前梯次利用的相关法规、标准才完成制定和发布;二是退役的电池需进行测试并分类,然后重新组装,最后应用到储能场所,从目前来看中间环节的成本很高,梯次利用的经济性变差;三是尚并未出台强制动力电池报废政策,部分车用动力电池容量远低于80%,即使梯次利用,其寿命也很短,不具备良好经济性[4]。

 

4、动力电池再生利用市场概况

 

2019年2月,工信部节能与综合利用司发布最新工作动态称,新能源汽车废旧动力电池再生利用初具规模,总体上再生利用技术相对成熟,但有价金属高效提取等关键技术和装备还有待升级,废旧动力电池拆解处理污染防治水平有待提升,磷酸铁锂电池再生利用面临经济性较差的问题。

 

部分企业开展了动力电池回收利用技术研发,并取得了一定成效。如湖北格林美公司建成废旧动力电池智能化无损拆解线,开发了“液相合成和高温合成”工艺,2018年的再生钴规模4000吨;湖南邦普公司研发了动力电池模组和单体自动化拆解装备, 2018年邦普年处理废旧电池总量超过30000吨、总回收率超过98.58%;浙江华友钴业建设废旧锂电池循环利用生产线,回收处理产能达65000吨(电池包)/年以上。

 

二、动力电池回收利用产业发展情况

 

1、动力电池回收体系建设主流方案

 

1)方案一:以整车厂为主体布局回收网点

汽车生产企业依托现有销售4S店、售后服务网点建设废旧动力电池回收服务网点,就近收集废旧动力电池,积累到一定数量后按照市场价格出售给梯次利用或再生利用企业。汽车生产企业对回收服务网点的消防、安全、环保负责。优点:合作方式简单,权属清晰、依托现有网络,操作容易。缺点:4S店大多位于城市中心,很难达到消防要求,没有利润很难长期发展。如:北汽新能源电池运营生态圈模式,即“产品+充电+运营+服务+回收利用”的一体化解决方案。

 

2)方案二:依托动力电池生产商建设回收网点

消费者将废旧动力电池就近交到汽车生产企业建设的回收服务网点,汽车生产企业以协议价格将动力电池转运给电池生产企业,由其进行专业化处理,电池生产企业可以继续利用再生的金属材料生产新电池;另外,报废汽车回收拆解企业在回收报废电动汽车时,也将拆解出来的动力电池销售给电池生产企业。目前,宁德时代、比亚迪、中航锂电、国轩高科等动力电池生产企业,已均在废旧动力电池回收领域展开了积极的市场布局。

 

3)方案三:与综合利用企业共建回收服务网点

第三方综合利用企业包括动力电池梯次利用企业和再生利用企业,根据自身情况在珠三角、长三角、京津冀、中部地区等动力电池回收密集区的主要城市建立回收服务网点。回收网点要符合安全、环保、消防要求,最好能具备一定的拆解和预处理能力,还要保证动力电池运输的安全性。优点:能回收本区域内的电池,专业性强。缺点:综合利用企业一次性投入大,能否盈利与回收量关系较大。梯次利用单位主要包括中国铁塔公司、河南省电科院、国网北京市电力公司等。再生利用企业以格林美、湖南邦普、华友钴业、赣州豪鹏等为代表。

 

2、典型省市动力电池回收体系建设情况

 

1)深圳试点

2018年3月,深圳发布《深圳市开展国家新能源汽车动力电池监管回收利用体系建设试点工作方案(2018-2020年)》,主要工作任务包括构建动力电池信息管理体系、建立废旧动力电池回收管理体系、建立动力电池梯级利用和再生利用产业体系三个方面。2019年1月,深圳市发改委发布《深圳市2018年新能源汽车推广应用财政支持政策》,成为国内首个设立动力电池回收补贴的城市,并按20元/千瓦时的标准专项计提动力电池回收处理资金,对已按要求计提动力电池回收处理资金的企业,按经审计确定的金额的50%对企业给予补贴。

 

2)京津冀试点

2018年12月《京津冀地区新能源汽车动力蓄电池回收利用试点实施方案》发布。据预测,京津冀地区2018年退役3466吨,2019年退役6483吨,2020年退役10446吨。计划到2020年,建成京津冀地区动力电池溯源信息系统,建成2~4家废旧动力电池拆解示范线和梯次利用工厂,探索和布局1~2家动力电池资源化再生利用企业。2019年6月,三地联合公示18家回收利用试点示范项目。

 

3)浙江试点

2018年12月,浙江省印发《浙江省新能源汽车动力电池回收利用试点实施方案》,计划到2020年,建成一批运行良好的梯次利用示范项目,发布一批动力电池回收利用相关团体标准,形成一批废旧动力电池回收利用商业模式。重点提出,鼓励梯次利用企业发展“以租代售”商业模式,即梯次利用企业向回收企业租用符合梯次利用标准的退役动力电池,既可避免动力电池所有权的转移,又能降低梯次利用企业资金压力。同时,方案一并公布了9家试点单位以及18项回收利用试点工作项目。

 

3、动力电池梯次利用技术及应用案例

 

由于不同电动汽车企业的电池路线、电池的规格型号选择以及对电池的性能要求各不相同,动力电池及系统型号多样,并且每个批次的梯次电池规格尺寸、性能指标都不同,动力电池梯次利用难度很大。基于此,国家设立了相关科技资金。针对动力电池梯次利用过程中的问题,天津力神电池股份有限公司牵头申报了国家重点研发计划“固废资源化”重点专项“退役动力电池异构兼容利用与智能拆解技术”(2018年12月19日正式获批立项),开展退役电池诊断、余能检测和分级技术,高离散退役动力电池异构兼容并网技术,多维识选与智能转载输送技术,智能安全拆解与全组分物料智能归集技术等研究。

 

中国铁塔公司在全国31个省份约12万个基站开展梯次利用,使用梯次利用电池约1.5GWh,替代铅酸电池约4.5万吨,目前运营状况良好;与中国邮政、商业银行、国网电动车等企业合作研究将梯次利用电池应用于机房备用电源、电网削峰填谷、新能源发电及电力动态扩容等方面。动力电池的另一重要应用领域是低速电动车。中天鸿锂创新梯次利用模式,采用“以租代售”的方式在全国30多个城市投放梯次利用动力电池组,广泛应用于快递三轮、四轮车等。

 

4、动力电池再生利用技术及应用案例

 

再生利用包括前期拆解预处理及后期湿法冶金。动力电池拆解方面,湖北格林美、湖南邦普等开发了自动化拆解成套工艺。湿法冶金方面,湖南邦普开发了“定向循环和逆向产品定位”工艺,湖北格林美开发了“液相合成和高温合成”工艺。传统动力电池再生利用过程包括物理拆解技术、破碎分选技术、提纯除杂技术、新材料合成技术等,主要工艺流程如下图1-4所示。

 

 

 

图4 新材料合成技术

 

邦普集团公司[5]在动力电池回收领域采用定向循环工艺:首先将废旧动力电池拆解,获得金属外壳,再经热解去除有机溶剂,过程用旋风除尘,碱液喷淋吸收。最后,通过机械破碎分选分离出塑料外壳、正极、负极和隔膜等材料。正极材料经过酸浸出,经P2O4、P5O7萃取除铜、除铁铝后,净化液通入氨水碱化沉淀生成镍钻锰氢氧化物,作为原料供应到三元材料前驱体的制备步骤,再添加回收的碳酸锂,烧结制备三元材料。

 

三、目前亟需解决的难点及解决方案

 

1、回收体系建设尚在摸索阶段,回收市场尚不成熟

 

目前动力电池回收体系建设还处于试点阶段,绝大多数动力电池尚未退役,回收市场还不成熟,回收渠道尚不通畅,相关方尚未形成稳定的合作机制。另外,动力电池虽未纳入《国家危险废物名录》,但是动力电池作为危险货物,通过专业车辆运输成本是普通运输的5~6倍,再加上购买和仓储等成本,回收总体成本较高,使本来就缺乏激励机制的电动汽车销售网络积极性更低,不利于回收体系的建设。

 

目前正处在回收体系探索的初级阶段,应鼓励多种形式的回收体系共存,积极探索动力电池回收利用盈利模式,树立行业示范标杆企业,对管控效果好的企业应该给予政策激励和税务优惠,充分调动回收与梯次利用产业积极性。

 

2、动力电池回收利用过程的安全问题引发关注

 

动力电池贮存运输过程中曾多次发生火灾等事故,回收网点建设环保及消防要求、安全防护措施、运输及包装方式等问题还有待进一步明确。

 

主要解决方案:一是,加快推进动力电池设计生产、梯次利用、再生利用放电、梯次利用产品等环节的标准出台和实施落实,给予相关从业人员积极的政策引导与建议。二是,把好动力电池梯次利用产品质量关,防止被非法商贩私自改装二次销售,侵害消费者合法权益并带来环境安全隐患。三是,制定事故应急预案,定期组织人员培训,普及消防安全知识,提高从业人员的安全意识。

 

3、综合利用相关技术及标准亟需突破、完善

 

《京津冀地区新能源汽车动力蓄电池回收利用试点实施方案》中指出,在废旧新能源汽车动力电池的一致性和电池成组连接技术、残余寿命模型、安全性能指标评价、工程实际应用、自动化拆解、回收处理再资源化工艺设备能力等方面仍缺乏有效技术支撑,且相关技术标准不完善,还难以有效支撑规模化的动力电池梯次利用和再生利用。

 

建议一是继续设立专项资金,加大梯次利用和再生利用关键技术研发与攻关;二是制定相关技术标准及规范,细化梯次利用上下游相关主体的责任;三是建立新能源汽车动力电池第三方评价标准,为动力电池梯次利用企业在动力电池余能检测、残值评估等提供技术指导[6]。 

 

四、未来几年动力电池回收利用产业发展趋势

 

1、短期产业发展方向

 

短期内,产业发展方向以加速前端回收网络布局,抢占市场为主。动力电池回收网络将向着多元化方向发展,车企自有渠道建设,依托动力电池生产商建设,依托第三方综合利用企业建设回收网络等模式将并存。整车企业将在回收网络、梯次利用、再生利用等环节具有布局和合作,其中以回收网络布局为主;电池生产企业主要在梯次利用和再利用方面进行布局,回收网络较少涉及;第三方综合利用等盈利环节的企业将会更加积极的参与回收网络建设;具有一定规模的材料企业将在全产业链进行布局。可能出现联盟等第三方机构统筹回收网点的建设与共享,动力电池上下游产业将深度融合,逐步建立稳定的合盈利作模式。

 

国家层面会加紧对动力电池回收利用产业相关政策标准的出台,对回收网点的建设要求将逐渐完善和提高,对动力电池的运输包装进行规范,对动力电池绿色设计的要求会有所提升,不排除配套一些财税补贴政策支持动力电池回收利用产业的发展。

 

2、中长期产业发展趋势

 

长远来看,掌握核心技术才是综合利用企业盈利和持续发展的根本,随着回收利用市场的不断洗牌,企业对核心技术的需求将更加迫切。余能检测技术、寿命评估技术、电池包重组技术、自动化拆解技术、贵金属提取技术以及污染控制技术将得到发展。另一方面,随着动力电池回收模式的融合创新,物联网信息技术将逐步深入到体系建设的各个环节,物联网信息技术在信息共享、安全环保监管、市场布局优化等方面的作用将更加凸显。依托物联网技术建设的信息监管平台将逐步实现动力电池全生命周期的追溯,是否建设可靠的信息监管平台将成为未来回收利用企业之间竞争的重要筹码。

 

五、未来市场需求分析预测

 

1、回收利用体系有待优化和调整

 

动力电池回收利用产业作为国家政策鼓励发展的新兴产业,汽车生产企业、电池生产企业、梯次利用企业、汽车拆解企业、再生利用企业、材料企业纷纷加快产业布局,通过自建或者合作方式抢占市场。随着“白名单”制度的取消,回收利用市场更加开放和包容,回收利用产业的竞争压力也会越来越大。

 

目前国内的新能源汽车主要分布在东部沿海等经济发达地区,回收网络布局密度大,竞争激烈;但是,从长远来看,随着新能源汽车的快速推广,经济稍弱的地区也存在一定的市场需求,未来有可能成为新的爆发点,建议企业根据自身优势提前做好布局。另一方面,物流在回收利用过程中占有重要地位,建议提前做好上下游甚至全产业链布局,合理优化厂址和回收路线,降低物流运输成本。

 

2、再生金属提取及应用技术亟待提升

 

随着电动汽车产业的高速发展,动力电池回收利用产业也迎来了广阔的市场契机。据估算,从废旧动力锂电池中回收钴、镍、锰、锂、铁和铝等金属所创造的回收市场规模在2020年将超过100亿元,2023年废旧动力锂电池市场将达250亿元[7]。但是,由于废旧动力电池材料无害化再利用技术起步较晚,资源回收利用效率较低,再生金属提取及应用技术亟待提升。开发普适的锂、镍、钴、锰和铜等有价金属选择性浸出工艺,有价金属分离富集工艺,复杂多元溶液中钴、镍、锰萃取分离工艺,以及有机电解质的无害化处理工艺是动力电池产业的迫切需求[5],也是动力电池产业走绿色循环发展之路的必要环节。

 

 

版权声明:凡本网注明来源为"节能与新能源汽车年鉴"的,版权均属于本网,转载请注明来源。本网转载自其它媒体的信息,不代表本网观点,转载均有出处,对转载文章不存在侵权等法律问题。

相关附件

暂时没有内容信息显示
请先在网站后台添加数据记录。