锂电池的回收技术和应用分析
来源：宝鄂实业
2019-04-06 16:07
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锂电池回收背景】锂电池回收爆发在即，动力电池即将迎来首批退役潮，2018年已经成为锂电回收的元年，预计2020年市场规模达156亿元。政策框架明确，细则不断落实推动回收市场发展。针对动力电池回收需求，国家已通过《生产者责任延伸制度推行方案》《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》建立起政策框架，相关细则亦在推进。锂电池回收兼具环保性和经济性，是构筑产业链闭环的关键。梯次利用通过延长其动力电池使用期限的方式实现经济；原料回收通过直接收回元素实现经济性。同时锂电池回收具有环保的必要性。
鉴于此，我们趁大家学习热情未退之际，
有幸邀请到东旭集团旭江科技总经理史晨星老师为大家开讲第二课
国内市场单年报废增量为：0.61，3.9，22，28.65万吨（2017-2020）；另一种算法，按照动力电池出货量计算，在2016年30.7GWh，平均140Wh/kg的质量比能量的基础上估算，按4年寿命，2020年的新增报废量也达到了20万吨，这仅是未考虑历年累计值的结果。
但为什么说它涂着“芥末”，因为目前这几个方面“难以下咽”：
第一 上游来源难。目前电池回收的来源，一是生产中的B品以下电池，包括研发过程中需报废的电池包，二是车辆退役下来的电池包；这两部分的状态存在量小且产品型号参差不齐的状况，给回收的来源增加了收集成本；
第二 中游物流难。一个动力电池包重量一般大于200kg，搬运需要借助叉车等辅助手段，而退役电池运输又需要危险品运输资质，储存也需要合适环境的仓库，如果长期放置，定期还需要进行绝缘检测，对电池状态数据进行监控，等维护成本，所以不立即回收，废旧电池真可谓“烫手山芋”。
第三 下游回收难。电池回收单从利润角度看，回收材料获得的收益还不能完全覆盖材料分解工艺的成本。而电池拆解及材料回收工艺本身还需要大量的资金投入，回收厂商动力不足。
谁会来接动力电池回收的“最后一棒”
1.“最后一棒”会是社会群体还是专业公司？
既然目前“接棒”动力不足，我们不妨借鉴更成熟的铅酸电池回收现状来推测动力锂电回收未来，以下是我国铅酸电池回收的现状：
· 资质的废旧蓄电池回收资质的公司有34家；
· 国内每年产生废旧铅酸蓄电池约350万吨；
· 国内废铅酸蓄电池回收存在三大主体:社会群体回收量占总量的85%以上,再生铅生产企业的回收量约占8%，蓄电池分销商的回收量约为7%。（以上为《中国环境报》报道数据）
为什么通过正规渠道回收的再生铅比例如此之低（15%），笔者认为主要两个方面，第一回收技术门槛低，取出铅板，到掉酸液，用锅加热融化后，利用密度的差异就可以提炼出铅；第二，铅酸电池的分布分散，主要集中于汽车12V电源，电动自行车，电信基站后备电源等，单体可回收容量低而又分布范围广，并不利于大规模的整体回收。
上市公司铅酸回收的企业情况如何呢：
·“豫光金铅2015年发行股票数量不超过9200万股，发行底价为20.08元/股，拟募集资金总额不超过18.47亿元，拟投入废铅酸蓄电池回收网络体系建设项目、三期废铅酸蓄电池综合处理工程项目、废铅酸蓄电池塑料再生利用项目、含锌铜渣料资源综合利用项目，并用于偿还银行贷款。公司股票于7月3日起复牌交易。”
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数据来源：大智慧上市公司公开资料
· 南都电源
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数据来源：大智慧上市公司公开资料
以上材料表明我国铅酸电池回收的现状：首先大规模铅回收是赚钱的，但是毛利很低（典型值小于10%）；专业回收原料不足（专业回收15%），大部分铅被社会群体回收。
那么，未来动力锂电回收也会是这样的情况嘛，笔者认为并不然，原因有三：
· 不正规处置的后果不同。铅酸污染在于无形的化学污染，缓慢而不易察觉，而动力锂电真正的化学污染较铅酸低，但有形的高压体系却带来了直接的安全隐患，不正确处置会燃烧爆炸，势必引来更明显的安全隐患和更强的监管；
· 回收的技术门槛不同。从车上退役的电池一般以电池包形态存在，目前电池包电压大于300V是常态，未来500-600V的包将大量出现，对于没有经过高压安全培训的人，拆解这样的电池包可以说是无从下手，安全风险极大；而即便顺利进行了电池包的拆解，锂电电池复杂的化学体系构成，又增加了回收工艺的复杂性；
· 回收的集中度不同。铅酸电池单车体积当量小，集中处置不方便；但搭载动力锂电的乘用车及商用车单位处置量较集中，而伴随着今年物流车的放量，运营公司集中采购的电动物流车也将迎来集中处理的未来。
综上所述，动力锂电的处理较铅酸电池的处理来说，会更集中，而且专业化程度更高，专业的回收公司将扮演重要的角色。
2.“最后一棒”会是哪类专业公司？
谁愿意来接动力锂电回收的“最后一棒”，我们回到问题本质，愿意接必然能是得到利益或者被迫于义务。
综合来看回收的驱动力包括三部分：梯次利用价值+回收的材料价值+政府政策驱动，梯次的价值在于好电池的剩余价值大于来源渠道获得价值；材料回收的价值在于处理电池成本低于回收得到的材料成本；政策驱动力在于获得的正向补贴收益大于逆向违规成本，咱们可以一个个分开来分析：
首先是梯次利用。这其实是“回收”过程中“较轻松”的环节，甚至不能定义为回收，谁会来做？显然如果能产生利润的话，整车厂和电池厂直接投资来做是更有优势的，因为作为梯次利用能否盈利的两大核心，第一在于“好电池”的筛选，第二在于低成本的电池组的重构；
“好电池”的筛选。回收角度如何评价电池好，固然，作为第三方的回收公司可以拿到电池后再通过对电池进行测试来判断，例如测量报废电池的电压内阻，复杂一点可以拆成单体后，打HPPC，或者进行一些温度耐久试验来做更深层次的判断，但是显然电池在“巅峰”时期效力的历史数据是拿不到的，有些电池是否经历过过充过放，单从开路电压和交流内阻的测量是无法判断的，而这些却是电池的原厂家或者整车厂可以通过读DTC或者标定的历史数据所获得的；另一方面电池的衰减曲线往往也是“原产地”有更深入的研究，有些电池在设计时比如到80%容量以后，再进行循环，电池实际衰减就会陡降，这些往往都是第三方想做梯次利用公司所不了解的设计细节；
电池组的重构。这一块显然也是需要动力电池在设计之初就应该在模块结构和BMS设计方面考虑的，如何降低电池的重构成本，如何将电池单体设计成一个全寿命周期缓慢衰减的电池，日历寿命的使用时间足够长，电池注液量与保液能力的考虑，这其实是需要权衡的，需要站在电池全生命周期的角度去考虑。显然这些也都是应该在电池出厂前就应该完成的，因此晓宇认为这一块也是电池厂或者整车厂（整车的pack厂）具有优势的地方，他们来做更有可能利益最大化。目前出货量较大的北汽，BYD等整车厂以及CATL，合肥国轩等电池厂均展开了梯次利用业务的布局。
第二看材料的回收。目前动力锂电材料回收有两种主流技术路线，一种是所谓的“干法”，也就是以物理上的拆解粉碎为主，回收电池其他辅助有价值材料，如铜铝箔等，主材正负极材料等，通过元素的“补料”，再高温修复，这种方法并不能彻底的回收正负极材料，但这种方法工艺较简单，但因为回收的产品纯度低，类似于再把材料再做个梯次；
另一种如国内格林美在内的技术路线，可以称为“湿法”，通过溶解的方法，得到含钴镍等贵金属元素的溶液，再利用液相合成等工艺得到新的三元正极材料。工艺难度更高，但回收的元素纯度更高。
目前来看，前一种路线比较适合现阶段磷酸铁锂的回收，一者铁锂即将进入大量报废的时间点，而回收的铁锂本身定位就偏向低端市场，更在意成本，因此用“干法”显得更为合适；而后一种路线显然更适用于三元材料的回收，适合更高纯度有价值金属的提取，对于三元正极材料企业效益更是立竿见影的。
观察回收龙头格林美2014年-2016年的毛利走势，三元正极材料业务这一块基本是在逆势上升的，由15%升到了22%，而反观国内其他三元正极材料企业的业务，受制于原材料金属价格的上涨，大多数同期毛利是下降的，这正是回收材料体系的闭环给格林美带来的增益。
所以说这一块应该是材料企业或者专业的第三方材料回收企业深耕，可以将利益最大化，因为他们本身就具有材料合成工艺的储备，也可将回收产物马上投入生产，降低成本。格林美，赣锋锂业等均在此方向做了重点布局。
最后来讨论政策的驱动。咱们先看看美国的政策驱动模式，主要是行业协会提供方案和消费者教育；同时在确保电池回收上采用了押金制度，要求消费者先缴纳押金，再在电池回收时候退还，同时也征收了环境附加费也用来补贴了回收费用，总体上美国通过法律增加了强制性和追溯性，德国与美国相似，可以说既有糖又有棒子。
我国政府也出台了不少政策，其中明确的补贴政策包括：
· 2014年5月上海市出台《上海市鼓励购买和使用新能源汽车暂行办法》，对汽车生产厂商，每回收一套新能源汽车动力电池，给予1000元的补助。（2016年3月4日发布的修订版中无回收补助内容）
· 深圳市则要求新能源汽车的企业，包括本地生产企业和已备案的外地生产企业在深圳的法人销售企业，应按20元/kwh的标准专项计提动力电池回收处理资金，对动力电池回收企业给予10元/kwh的回收补贴。
相对于上面出台的两个力度较小的补贴政策，2016年底出的《印发生产者责任延伸制度推行方案的通知》和最近出的《GBT34014-2017汽车动力蓄电池编码规则》，这些带有追溯和强制性的规则来的更有效。但棒子不如糖，要能让回收者真正尝点甜处才是真正的驱动力。
动力电池回收的“最后一棒”
最后，从谁更适合来做的角度来分析：梯次利用更应该交给动力电池厂或整车厂来做。他们可以通过直接投资或者合资的方式布局，他们的优势在于电池的来源渠道和电池全生命周期的梯次利用设计，未来随着电池性能的提升，梯次利用的价值也将越来越大，会有更多的整车厂和电池厂是来投资介入这一块领域，从而平摊电池全生命的成本；
材料回收则应该交给电池材料生产企业和专业的第三方企业来接。材料企业利用本身对材料合成工艺的理解，深挖材料回收处理技术，在金属价格居高不下的情况下，降低材料的原材料成本。而作为第三方回收企业，可以盯准除乘用车厂外，大量的物流车和商用车退役电池，这部分电池整体水平较乘用车低，梯次利用价值也低，这将是第三方专业回收公司的“蛋糕”，采用全国多地点布局回收的路线，节省物流成本，增大回收规模，将是他们的布局之道。
附：
废电池污染防治技术政策
一、总则
（一）为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》等有关法律法规，防治环境污染，保障生态安全和人体健康，指导环境管理与科学治污，引领污染防治技术进步，促进废电池利用，制定本技术政策。
（二）本技术政策适用于各种电池在生产、运输、销售、贮存、使用、维修、利用、再制造等过程中产生的混合废料、不合格产品、报废产品和过期产品的污染防治。重点控制的废电池包括废的铅蓄电池、锂离子电池、氢镍电池、镉镍电池和含汞扣式电池。
（三）本技术政策为指导性文件，主要包括废电池收集、运输、贮存、利用与处置过程的污染防治技术和鼓励研发的新技术等内容，为废电池的环境管理与污染防治提供技术指导。
（四）废电池污染防治应遵循闭环与绿色回收、资源利用优先、合理安全处置的综合防治原则。
（五）逐步建立废铅蓄电池、废新能源汽车动力蓄电池等的收集、运输、贮存、利用、处置过程的信息化监管体系，鼓励采用信息化技术建设废电池的全过程监管体系。
（六）列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定为危险废物的废电池按照危险废物管理。
二、收集
（一）在具备资源化利用条件的地区，鼓励分类收集废原电池。
（二）鼓励电池生产企业、废电池收集企业及利用企业等建设废电池收集体系。鼓励电池生产企业履行生产者延伸责任。
（三）鼓励废电池收集企业应用“物联网+”等信息化技术建立废电池收集体系，并通过信息公开等手段促进废电池的高效回收。
（四）废电池收集企业应设立具有显著标识的废电池分类收集设施。鼓励消费者将废电池送到相应的废电池收集网点装置中。
（五）收集过程中应保持废电池的结构和外形完整，严禁私自破损废电池，已破损的废电池应单独存放。
三、运输
（一）废电池应采取有效的包装措施，防止运输过程中有毒有害物质泄漏造成污染。
（二）废锂离子电池运输前应采取预放电、独立包装等措施，防止因撞击或短路发生爆炸等引起的环境风险。
（三）禁止在运输过程中擅自倾倒和丢弃废电池。
四、贮存
（一）废电池应分类贮存，禁止露天堆放。破损的废电池应单独贮存。贮存场所应定期清理、清运。
（二）废铅蓄电池的贮存场所应防止电解液泄漏。废铅蓄电池的贮存应避免遭受雨淋水浸。
（三）废锂离子电池贮存前应进行安全性检测，避光贮存，应控制贮存场所的环境温度，避免因高温自燃等引起的环境风险。
五、利用
（一）禁止人工、露天拆解和破碎废电池。
（二）应根据废电池特性选择干法冶炼、湿法冶金等技术利用废电池。干法冶炼应在负压设施中进行，严格控制处理工序中的废气无组织排放。
（三）废锂离子电池利用前应进行放电处理，宜在低温条件下拆解以防止电解液挥发。鼓励采用酸碱溶解-沉淀、高效萃取、分步沉淀等技术回收有价金属。对利用过程中产生的高浓度氨氮废水，鼓励采用精馏、膜处理等技术处理并回用。
（四）废含汞电池利用时，鼓励采用分段控制的真空蒸馏等技术回收汞。
（五）废锌锰电池和废镉镍电池应在密闭装置中破碎。
（六）干法冶炼应采用吸附、布袋除尘等技术处理废气。
（七）湿法冶金提取有价金属产生的废水宜采用膜分离法、功能材料吸附法等处理技术。
（八）废铅蓄电池利用企业的废水、废气排放应执行《再生铜、铝、铅、锌工业污染物排放标准》（GB 31574）。其他废电池干法利用企业的废气排放应参照执行《危险废物焚烧污染控制标准》（GB18484），废水排放应当满足《污水综合排放标准》（GB 8978）和其他相应标准的要求。
（九）废铅蓄电池利用的污染防治技术政策由《铅蓄电池生产及再生污染防治技术政策》规定。
六、处置
（一）应避免废电池进入生活垃圾焚烧装置或堆肥发酵装置。
（二）对于已经收集的、目前还没有经济有效手段进行利用的废电池，宜分区分类填埋，以便于将来利用。
（三）在对废电池进行填埋处置前和处置过程中，不应将废电池进行拆解、碾压及其他破碎操作，保证废电池的外壳完整，减少并防止有害物质渗出。
七、鼓励研发的新技术
（一）废电池高附加值和全组分利用技术。
（二）智能化的废电池拆解、破碎、分选等技术。
（三）自动化、高效率和高安全性的废新能源汽车动力蓄电池的模组分离、定向循环利用和逆向拆解技术。
（四）废锂离子电池隔膜、电极材料的利用技术和电解液的膜分离技术。
