2022年动力电池回收行业研究报告
第二章 商业模式和技术发展
2.1 产业链
图 动力电池回收利用产业链示意图
资料来源:资产信息网 千际投行 iFinD
动力电池回收行业的产业链包括:
上游主要是废旧电池提供方,以及回收需要的材料商、设备商(输送机、撕碎机、引爆器等)。由整车厂商如北汽新能源、丰田等,锂电池厂商如宁德时代、比亚迪等还有一些中间商构成。
中游主要是拆解回收厂商和检测方 。在梯次利用方面,由于与电池关联度最高,因此动力电池企业布局最多,北汽新能源、东风汽车等车企也有布局;在拆解回收方面,一般是第三方专业回收公司进行拆解处理,如邦普循环、格林美等。
下游为回收应用场景,可应用于电池材料厂和电池厂等。
2.2 商业模式
回收渠道的差异将直接决定商业模式的优劣。电池回收是动力电池再利用的核心环节,回收渠道的稳定性不仅会对电池回收企业的回收成本产生明显影响,还决定了企业后续再利用环节的业务量规模。
图 动力电池利用回收模式总览
资料来源:资产信息网 千际投行 iFinD
电池回收按照经营主体不同可划分为四类商业模式:
(1)生产者责任制下的回收模式。欧美日本等发达国家在电池回收方面建立的回收体系有良好的成效,因此基本沿用此前的回收经验,形成了由动力电池生产企业承担电池回收主要责任的制度机制。生产者责任制的回收模式将动力电池生产商对于电池的环境责任扩展到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,退役的动力电池沿新品电池的物流路线逆向返回。
该模式以动力电池企业为主导,卡位回收处理,提高原料的上游议价能力,降低电池生产成本,成为该类商业模式的源动力。但是该模式逆向物流回收动力电池的路径长,可能由于国别、地域的差异不利于追责,并且由于交转次数和运输次数多,回收成本提高,可能不利于电池回收。
图 以电池生产商为回收主体的模式
资料来源:资产信息网 千际投行 天风证券研究所
代表企业的电池回收布局:
宁德时代,在2013 年和2015 年分別增持邦普猜环。持有邦普69.02%股权:2019 年又与邦普合资36亿元成立合资公司。进一步扩大上游正极材料布局。邦普储环早于2008 年就提出了“上下游”回收结合的概念,首创中国废旧电池回收体系,目前已在全国设置15回收网点
比亚迪,是最早与中国铁塔达成梯次利用战略合作的公司之一。上海比亚迪为工信部符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》的第二批白名单(梯次利用)企业。此外,比亚迪与日本商社伊藤忠商事共同探索退役电池在储能领域的应用。目前已在全国设立超过40家动力电池回收网点。
国轩高科:2017 年国轩高科与钴产品生产商兰州金川分别出资5000 万元成立了安徽金轩电池资源循环利用技术有限公司。以及甘肃金轩电池资源循环利用技术有限公司,经营范国均为废旧电池的回收、拆解、处理、综合利用等全流程业务。2018 年公司在庐江布局锂电池回收产线。2021 年国轩高科拟投资 120 亿元在合肥循环经济示范园建设动力电池产业链系列项目,项目聚焦锂电池原料、电池回收及梯次利用,预计24个月内竣工投产。
生产者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。该模式的代表包括北汽鹏龙、奔驰、丰田以及特斯拉等。
(2)整车企业为回收主体的回收模式。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,整车企业承担电池回收责任。
图 以整车制造商为回收主体的模式
资料来源:资产信息网 千际投行 天风证券研究所
代表企业的电池回收布局:
北汽鹏龙,子公司北汽鹏龙新能源成立于 2018 年,是由北汽鹏龙、北汽新能源、北汽福田、格林美、河钢集因、厦门钨业合资成立的大型退役动力电池拆解及梯次利用企业。2020 年与易事特集团签署战咯合作协议,打造以智慧能源应用场景的退役动力电池梯次利用示范项目
奔驰:在德国已经建设电池回收工厂,回收率将达96%,预计德国工厂年回收处理能力可达2500吨,可回收包括镍、钴、锂及石墨等材料,经过再循环处理可为梅赛德斯-EQ 系列车型生产超过5万个电池模块。奔驰也计划与中国、美国的相关企业合作,开展动力电池回收利用业务。
丰田:2015 年,丰田启动了动力电池的回收工作。2018 年,日本中部电力公司合作研发全新的大容量蓄电池组系统。该项目初步阶段主要是用于回收广泛应用于混合动力车型上的镍氢电池,并在2030 年左右,可回收较多电动车和插电式泥合动力车型上搭载的锂离子电池。2019年,在泰国开设工厂,用于管理在泰国销售的混合动力车载电池。2020 年在中国布局电池回收业务。
特斯拉:2022 年特斯拉汽车销售服务(广州) 有限公司发生工商信息变更,经营范国新增新能源汽车废旧动力蓄电池回收及梯次利用服务等,标志着特斯拉在中国正式部署动力电池回收。2020 年9月,特斯拉就在中国推出了电池回收服务,承诺报废的锂离子电池均不做填埋处理,可100%回收利用。
(3)锂电材料企业回收模式是以锂电材料企业为主导,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。该模式的代表企业有邦善、华友钴业以及格林美等。
华友钴业向产业链下游延伸至回收,拓宽其在钴资源等原材料供应渠道,保障资源维稳及成本掌控。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”的新能源汽车全生命周期价值链开展业务布局。此外,光华科技、赣州豪鹏、中伟股份,赣锋锂业、广东佳纳、金驰能源等也纷纷布局回收业务,具备锂电回收能力。
图 动力电池拆解回收工艺流程图
资料来源:资产信息网 千际投行 新材料产业
图:以第三方为回收主体的模式
资料来源:资产信息网 千际投行 天风证券研究所
(4)采用梯次利用回收模式的企业通常是并非电池以及电池回收业务的第三方企业,其主营业务类型为储能电站、光储系统、通信基站或低速电车等,能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。
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,这些合作协议主要服务于新能源汽车退役电池的回收利用。此外,2018 年1月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。
图 动力电池梯次利用工艺流程图
资料来源:资产信息网 千际投行 iFinD
动力电池梯次利用是资源综合利用的新兴领域,梯次利用企业主要集中在电池退役量大、技术资源优势明显的京津冀、长三角、珠三角等地区。动力锂电池的梯次利用一般分为拆解、余能检测、筛选和重组 4 个环节。梯次利用属于轻度报废,电池本身没有报废,可以将退役电池,进行回收、筛选、再利用于其他领域,典型应用是储能领域,如风光储能、削峰填谷、备用电源、家庭电能调节等。进行梯次利用可以缓解回收压力、降低环境污染、提升经济效益,并对可再生能源的发展起到帮助作用。
目前汽车上使用最多的动力电池为磷酸铁锂电池和三元材料电池。梯次利用的电池多为磷酸铁锂电池,磷酸铁锂电池容量随循环次数的增多呈缓慢衰减趋势从汽车上退役下来的磷酸铁锂电池仍有较多循环次数,有较高梯次利用价值。磷酸铁锂电池循环寿命在3500次以上,部分可达5000次,同时容量随循环次数增加衰减趋势较为缓慢。此外磷酸铁锂电池不含钴、锂、镍等金属,资源化价值较低。因此,磷酸铁锂电池一般继续作为储能电池继续利用,三元电池由于可以提炼出镍、钴、锂等金属,更适合进行资源回收。
2.3 技术发展
对国内动力电池回收产业的各个专利申请人的专利数量进行统计,排名前十的公司依次为:上汽集团、宁德时代、天奇股份、福龙马、超频三、格林美、博世科、圣阳股份、厦门钨业等。
图 专利数量(截止2022/10/11)
资料来源:资产信息网 千际投行
电池回收是新能源汽车持续发展中的重要组成部分,退役的动力电池如果处置不当、随意丢弃,可能不仅仅会对社会带来环境影响和安全隐患,还会造成资源的浪费。
(1)中国主锂电池主要使用湿法回收,技术日益成熟且效率高
在动力电池回收方法中,湿法回收是锂电池最常用且最成熟的技术。湿法回收是指使用化学溶剂将镍钴锰锂等金属离子从正极材料中转移到浸出液,再通过离子交换、吸附和共沉淀等方式,将金属离子形成无机盐或氧化物,如碳酸锂,硫酸镍,硫酸钴等。该项技术工艺较为复杂,但金属回收率高,纯度高。
(2)梯次利用技术工艺愈发完善
车用动力电池梯次利用工艺流程包括电池拆解、电池筛选、电池重组、系统集成等。退役电池包经过外观评估以及一致性检测则可以 直接以整体形式用于低性能要求的场景;若未通过则需要将电池包拆解为电池模组或电池单体,并再次进行电池筛选。
电池模组或电池单体需要进行外观评估、剩余寿命预测以及性能状态检测等饰选过程,通过后则需要进行电池重组。电池重组包括电池成组、均衡管理、BMS 数据监管以及安全检测等步骤。安全检测通过后需要进行系统集成再进入低性能要求的场景。
(3)实用新型新技术
实用新型提供了一种BMS电池管理系统的远程监控系统实用新型。BMS电池系统俗称之为电池保姆或电池管家,主要就是为了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,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。
实用新型通过BMS电池管理系统实时采集电池组的电池信息并实时地将采集的电池信息发送到Server服务器端,用户可以通过主控制终端和移动客户端实时地获知电池组的电池信息,实现对BMS电池管理系统的实时的远程监控,无需现场进行检测操作,减少了大量人员监管的投入,减轻了电池组的维护难度,充分节省了人力资源、时间与生产成本。
而且,控制模组采用分离元件搭建,可以有效地控制电池组与电气设备回路的通断状态,能够充分提高产品性能与效率,并减少产品的体积与生产成本。
(4)数字储能
基于能量信息化处理和动态可重构电池网络技术将每个电池单体/模组产生的模拟连续能量流离散化为一系列电池“能量片”,进而通过信息技术手段对电池“能量片”在时空两维上进行细粒度的数字化调度和重组,从根本上解决了传统模拟电池储能系统所固有的系统“短板效应”,极大提升了电池储能系统的效率、寿命、可靠性与安全性,是目前唯一一种从根上消除系统“短板效应”和具有内生系统级本质安全机制的技术体系。
作为一种低成本长寿命高安全高可靠的电池储能系统,通过数字能量交换系统构建任意规模的本质安全的长寿命数字储能系统,实现了用一套技术和产品体系适应电源侧/电网侧/用户侧储能。此外,数字储能从根本上克服了电池储能系统“短板效应”,实现了无需单体层面硬性拆解、分选和重组,直接从车上到储能站的无缝衔接,极大降低了退役动力电池梯次利用储能系统的建设成本和运维成本。
(5)生物淋滤–液膜萃取回收技术
生物淋滤-液膜萃取回收技术逐渐成熟。生物淋滤是指利用特定微生物或其代谢产物的氧化、还原、络合、吸附或溶解作用,将固相中某些不溶性成分(如重金属、硫及其它金属)分离浸提的一种技术。液膜萃取是模拟生物膜并综合运用生物化学、物理化学和有机化学等有关理论的新技术。液膜萃取分离技术综合了固体膜分离和溶剂萃取分离技术的特点,具有有机相用量少、反应速率快、分离效率高、操作简单和选择性强的特点。
2.4 政策监管
行业主管部门及管理体制
我国动力电池回收行业政策主要由国家发改委,工信部,生态环境部等部委鼓励相关行业加强再生资源循环利用,推动新能源汽车动力电池回收利用体系建设。
相关政策
2022年九月十六日,国家工业和信息化部举行了“新时代工业和信息化发展”系列主题新闻发布会第八场,主题为“推动工业绿色低碳循环发展”。针对新能源汽车产业快速发展,动力电池退役量逐年上升的情况,工信部相关负责人表示,将加快研究制定新能源汽车动力蓄电池回收利用管理办法,加大退役电池柔性拆解、高效再生利用等关键技术攻关和推广。
图 动力电池回收政策
资料来源:资产信息网 千际投行 政府官网
近日,推进电池回收的进程逐渐提速。工信部在回答政协第十三届全国委员会第五次会议《关于积极推进新能源车锂电池回收的提案》时表示,近年来,我国新能源汽车产业快速发展,动力电池退役量逐年增加。做好动力电池回收利用工作,对于提高资源利用效率、保障新能源汽车产业持续健康发展具有重要意义。工信部会同有关部门围绕完善管理制度、实施信息化溯源、加强技术创新、完善标准体系等方面开展了一系列工作。
图 动力电池回收政策体系
资料来源:资产信息网 千际投行 iFinD
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