灼策研报:新能源汽车动力电池回收产业研究报告

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灼策研报:新能源汽车动力电池回收产业研究报告

发布时间: 2024-01-19 来源:薪旺炭素

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  近年来,新能源汽车市场火热,销量持续走高。新能源汽车市场规模扩张使得动力锂电池需求激增,动力电池装机规模持续增长。电动车动力电池在使用的过程中容量会逐渐衰减,性能逐渐下降。一般而言,当动力电池容量衰减至 80%以下时就要换掉,并对其进行回收利用。目前汽车动力电池的平均常规使用的寿命大约为 5-8 年,可以推断国内早期推广的新能源汽车动力电池陆续进入报废期,预计未来 2-3 年内动力电池将迎来大规模退役潮,退役动力电池的回收利用需求渐显迫切,未来市场发展的潜力广阔。

  完整的动力电池回收利用产业链应该涉及电池设计、电池制造、电动汽车制造、汽车消费、废旧电池收集、电池运输、电池评价、电池梯次利用、拆解回收等环节。三元材料电池与磷酸铁锂电池为当前行业主流回收电池类型,三元电池中镍钴含量更高,锂含量超过7%,回收经济性更强,而磷酸铁锂电池受益于其衰退速度较慢,循环可利用次数高,梯次使用价值更高。

  从地域分布来看,广东、江苏、山东是2022年我国动力锂电池回收服务网点分布最多的三个地区,截止2022年6月1日,工信部认定的新能源汽车动力电池回收服务网点共有14967个。回收利用试点主要在京津冀、长三角、珠三角、中部区域等选择部分地区,且发展较好的企业多分布在沿海省份。

  同时随技术研发的不断开展,近年来动力电池回收领域相关专利数量维持较快增长趋势;至21年专利数量已达938个,较过去几年有显著增长。锂电池回收专利技术热点主要分布在有价金属、材料回收技术,回收工艺应对二次污染以及危险性的处置技术等核心板块,助力回收效益加快提升。

  目前废旧动力电池的回收价值主要在于回收动力电池正极材料中的贵金属。在动力电池供不应求导致短期产能释放不足以及全世界疫情冲击和俄乌冲突的共同影响下,上游原材料供需失衡,锂、钴、镍等锂电池关键原材料均大幅涨价。在此背景下,废旧动力电池的回收价格也水涨船高。锂电池原材料价格大大上涨提高了回收废旧动力电池的经济价值,有助于改善回收企业的盈利能力。当前各企业对镍、钴、锰的提取效率基本达到政策要求,而对锂的提取率则普遍在 85-90%,仍有一定的上升空间,提高锂回收率慢慢的变成了动力回收利用企业强化自身盈利能力的另一方向。

  根据弗若斯特沙利文对未来动力电池装机量的预测和财政部第四部委发布的《关于2016-2020 年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》,对动力电池的常规使用的寿命和退役比例做到合理假设,可测算出未来我国 2030 年我国动力电池总退役量有望达到 380.3GW,十年 CAGR 高达 48.9%。呈现指数级增长。同时EVTank 联合伊维经济研究院共同发布了《中国废旧锂离子电池回收拆解与梯次利用行业发展白皮书(2022年)》,随着 2012~2014 年装车的动力电池退役期临近,预计 2021 年起动力电池将面临大量退役。到 2025 年将达到 784.1 亿元,年复合增长率达 17.5%。

  图 8:2021-2030 年我国动力电池退役规模预测情况(GWh)(分电池类型)

  近年来随着新能源汽车的加快速度进行发展,国家密集出台动力电池回收有关政策,提出行业规范,明确生产者承担回收的主体责任,开展电池回收试点工作,建立溯源管理平台,指导回收网点建设等等,出台了一系列的指导政策。政府可以在现阶段给一些扶持政策,比如税收或者财政补助。但长远发展来看还是要通过技术进步来解决。

  退役锂电池回收方式将视情况分为梯次利用与拆解回收两种进行循环利用。梯次利用即将退役电池经检测、改装、修复后重新用于等同级或降级类应用。多用于磷酸铁锂电池。当电池容量降至20%-80%时属于轻度报废,进入梯次利用阶段,将有剩余容量的电池在低要求的领域进行使用,当电池容量降至20% 以下时属于重度报废,有必要进行拆解回收,进入再生利用阶段。梯次利用流程较复杂,重点对筛选和重组技术及管理方法有较高要求。

  当动力电池进入拆解回收阶段,流程大致上可以分为三个过程:预处理过程、分离提取过程和产品制备过程。分离提取过程关系到拆解后的各类废料中高价值组分的回收率,影响提纯度与回收价值,这使分离提取过程成为企业技术研发核心领域。拆解回收工艺流程技术包括火法、湿法和物理法。目前国内回收代表性企业格林美、邦普普遍以湿法工艺为主流技术,并与火法工艺相结合。

  火法回收技术:首先需要对电池进行自动放电和分类,通过振动筛选和磁选分离金属外壳和电极材料部分,将经过物理破碎的电极材料部分放入干电弧炉内高温焙烧,将有机粘合剂、电解液和含碳有机物去除,从而分离锂电池的组成材料。炭和有机物将被高温燃烧掉,燃烧时会产生还原气体,对电极内金属元素具有保护作用,最终经筛选得到含有金属和金属氧化物的细粉状材料。

  湿法回收技术:我国大部分企业采用,并且通常要结合火法。具体工艺为:1)预处理,这样的一个过程中涉及火法;2)浸出:将电极材料溶于酸碱溶液中,萃取出部分有价值金属元素,可直接酸浸或者酸碱两步浸出;3)提取:将浸出的各种有价金属分离,分别回收。常用的有萃取法、沉淀法或电沉积等手段提取出剩余有价值金属。

  物理法回收技术:将废旧动力电池里面成分,如电极活性物质、集流体和电池外壳等组分经过破碎、过筛、磁选分离、精细粉碎和分类等一系列手段,得到有价值产物,然后再进行下一步回收。

  基于我国当前“双碳”政策的大背景,能预见锂电池回收设备处理动力电池回收的工艺发展的新趋势,可以概括为9个字,即短流程、低成本、无污染。以物理法直接再生为代表的下一代回收技术,在节能环保、减少相关成本等方面有着明显的优势,虽然当前并非行业主流技术,但有望成为未来技术研发的聚焦方向。

  根据回收主体的不同, 目前废旧动力电池回收主要有三种模式,分别为:以整车生产企业为主的回收模式、行业联盟电池生产商回收模式、第三方企业回收模式。整车厂的渠道优势最明显,电池回收的成本低、效率高,在产业链中具有核心地位;电池生产商的上下游协同场景多,能形成产业闭环,商业回收模式最为稳定;第三方企业的专业性强、回收积极高,企业与整车厂、电池厂等渠道方合作的深度、广度将决定第三方企业的核心竞争力与业务发展前景。

  资本看好动力电池回收产业高质量发展,动力电池回收企业大量涌现,争相入局。从装机量的角度来看目前动力电池行业市场集中度较高,2022年1-9月前10家动力电池企业动力电池装车量占总装车量比94.4%。同时市场主要的动力电池份额由宁德时代与比亚迪掌握,他们展开电池回收工作在回收渠道上具有天然的优势。别的部分上市公司电池回收布局情况如下所示:

  图 20:2022年1-9月企业动力电池装机量前10名(装机量Gwh,份额占比)

  回收公司数飞速增长,但符合动力电池综合利用规范的公司数占比极少。当前国内废旧动力电池的回收渠道建设并不完善,行业规范仍处于起始阶段,国家对废旧动力电池的回收尚未建立资质管理,行业内无序竞争、劣币驱逐良币、环保隐患等问题日渐凸显。

  目前工信部对电池回收行业采用“白名单”的方式来进行规范管理,分别于 2018 年9月、 2020年12 月、2021年12月发布了三批符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》企业名单,合计共涉及 45 家企业,被业内称为“正规军”。“正规军”在动力电池回收资质、渠道、技术和规模等方面均具备了相对完善的体系和运营能力,在环保上符合国家标准,有望获得更多的政策扶持。

  作为新能源汽车和动力电池巨头。比亚迪在布局动力电池回收具有天生优势,是基于现存业务在供应链上下游的垂直扩张,无须从零开始,能够迅速布局。比亚迪作为最早一批布局新能源汽车市场的车企,也是先布局动力的电池的回收工作。目前已在全国设立了近40个的动力电池回收网点。也是最早与中国铁塔达成梯次利用战略合作的公司之一。2022年4月,比亚迪在浙江台州成立了台州弗迪电池有限公司,营业范围包括新能源汽车废旧动力电池回收及梯次利用、新材料研发技术等。

  华友钴业利用其在资源方面的优势,向下游整合,围绕电池材料形成产业链闭环,但不涉及电池单体的生产制造。目前,华友已形成从钴、镍、锂资源开发到前驱体、正极材料再到锂电池梯次利用,最终至再生利用完整的动力蓄电池全生命周期闭环产业链。华友循环的区域布局是以浙江衢州废旧动力蓄电池回收再生基地为中心,辐射长三角地区,并规划在华北、西南、华南建立废旧动力蓄电池回收利用区域生产中心。在梯次利用方面重点探索储能电站、备用电源、叉车和低速电动车以及储充一体化等方面。

  格林美是当前国内动力电池回收的两大头部企业之一,构建了全球先进的“动力电池回收—梯级利用—原料再制造—材料再制造—动力电池包再造”的新能源全生命周期价值链模式。2021 年,公司核心产品动力电池用三元前驱体材料出货量超过 9.1 万吨,位居全球前二。在45家“正规军”企业中,格林美占据三家,位居全国企业第一。格林美的最大优势是率先建成了完整的规模化回收处理、资源化循环利用产业链。通过2+N+2产业布局体系建立渠道优势并与多家企业深度合作扩大商业版图。同时格林美的研发水平也处于行业领先水平,在行业内率先开发动力电池全生命周期溯源信息管理系统。

  邦普循环创立于2005年,是一家专门干再生资源高新科技企业,总部在广东佛山,在湖南长沙设有国内最大湿法基地,在2013年被全球动力电池有突出贡献的公司宁德时代收购(持股52.88%)。与宁德时代携手打造“电池生产-使用-梯次利用-回收与资源再生”产业闭环,已成为国际顶级汽车企业的合作伙伴。邦普循环研发技术行业领先,在全球废旧电池回收领域率先破解了“废料还原”的行业性难题。同时邦普循环创新战略一体化布局,2021年拟在湖北省宜昌市投资建设邦普一体化电池材料产业园项目,项目投资高达320亿元。2022年邦普循环持续拓展业务不再局限于电池回收,宁德时代于2022年初发布了旗下全新换电品牌EVOGO乐行换电,宣布进入换电领域。通过实行“换电模式”,公司可控制用于梯次利用的动力电池的回收渠道,有利于动力电池梯次利用业务的开展。

  环保固废企业中格林美是绝对的龙头,市场占有率能达到30%,别的企业大多尚处于入场或研发布局阶段、投资不大,还有很多企业没有涉足此业务。当前市场之间的竞争格局并未集中化,仍有占据空间。同时由于业内小作坊企业泛滥等问题,环保企业相对于他们有显著的技术优势,若能完善渠道,将有发展机会。

  第三方回收企业若要入局动力电池回收赛道,根本上还是要从研发技术下手,同时积极拓展渠道,与上下游具有渠道优势的车厂或电池厂企业深入达成合作才有机会能分到市场份额。

  在动力电池回收的产业链中,不论是基于生产者责任延伸制度的要求还是因资源约束和上游价格问题产生的降本盈利需求,电池产业链上下游的合作是未来必然趋势。目前各回收主体都在积极展开合作开拓渠道,产业链上下游逐渐趋向协同,有利于提高产业链的整体效率,未来预计随各大企业的合作深入,市场集中度将会慢慢的高。

  动力电池产业当前仍存在许多问题尚待解决,也是未来该行业能否可持续发展的关键挑战。从技术上来看,梯次利用环节的技术壁垒高,标准体系尚待明确拆解回收环节工艺方法大多会产生大量环境污染,虽有可观经济利益,但环保性不足。市场方面行业处于发展初期,各路资本竞相涌入。无序竞争问题严峻。行业呈现“小、散、乱”的发展现状。许多“小作坊”企业以放弃环保为代价开展不正当竞争,导致大量退役电池流向了非正规渠道,给环境造成了较大压力。经济方面回收动力电池的储运和拆解等成本比较高。在缺乏激励政策支持和成熟的市场化机制保障下,一些规范企业的电池回收利用经济性还不高。

  1、积极拓展渠道,深化产业链。企业应加强上下游企业之间的合作,增强产业链协同效应,优化自身产业链,协同创新,形成全产业化一体化的高效管理模式。新进回收企业可着重关注布局磷酸铁锂电池回收

  2、加大研发技术,探索技术优势。退役动力电池能否绿色环保处理,决定了新能源汽车产业是否环保和可持续发展。未来探索更环保的回收技术有望成为行业竞争优势,企业应该合理加大资金支持力度,与研究所、高校加强科研合作,提高研发技术水平

  3、加强企业间合作。相互竞争的电动汽车制造商之间能够最终靠动力电池产能分配建立合作伙伴关系,从而使得双方的利润都得到提高。第三方回收企业通过与具有渠道优势的汽车厂或电池厂企业合作,发挥技术优势,弥补渠道劣势。

  4、探索创新商业模式。在信息化时代背景下,依托大数据、区块链等现代新兴技术,借助互联网这一平台可以探索新的互联网+商业模式,提高信息共享效率,降低信息不对称

  5、区域布局聚焦沿海发达地区省份。产业布局建议在长三角、珠三角、京津冀经济发展地区选取一点为中心向周边地区辐射铺设回收网点,扩大版图。

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