報(bào)告鏈接:《中國(guó)廢舊動(dòng)力鋰電池回收利用(再生+梯次)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)與投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告(2025版)》
(一)鋰離子電池構(gòu)成分析
鋰離子電池(LIBs)1990 年由日本Sony 公司研發(fā)成功并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,目前已廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域,主要應(yīng)用范圍包括便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)車(chē)和大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域。相比于鎳鎘、鎳氫電池,鋰離子電池主要優(yōu)勢(shì)包括比能量高、循環(huán)性能好、自放電小和無(wú)記憶效應(yīng)等。鋰離子電池主要結(jié)構(gòu)包括電池殼和電芯,其中電芯包括正極、負(fù)極、隔膜、集流體和電解液。
正極:88-89wt.%正極活性材料、7-8wt.%乙炔黑導(dǎo)電劑和3-4wt.%有機(jī)粘合劑,均勻混合后涂布于10-20 微米的鋁箔集流體上,即組成鋰離子電池正極。常見(jiàn)正極活性材料包括磷酸鐵鋰( LiFePO4 , LFP )、鈷酸鋰( LiCoO2 , LCO )、鎳鈷錳三元材料(LiNixMnyCo1-x-yO2,NCM)、鎳鈷鋁三元材料(LiNixCoyAl1-x-yO2,NCA)等。
負(fù)極:88-90wt.%的負(fù)極活性材料(石墨或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳)、4-5wt.%的乙炔黑導(dǎo)電劑和6-7wt.%有機(jī)粘結(jié)劑,均勻混合后涂布于7-15 微米的銅箔集流體上,即組成鋰離子電池負(fù)極。
有機(jī)電解液:主要由電解質(zhì)鹽、有機(jī)溶劑和添加劑組成。電解質(zhì)鋰鹽包括LiPF6、LiBF4等;有機(jī)溶劑包括酯類(lèi)、醚類(lèi)、砜類(lèi)、腈類(lèi)和硝基化合物等;添加劑按功能可分為SEI成膜添加劑、正極保護(hù)添加劑、鋰鹽穩(wěn)定劑、過(guò)充過(guò)放保護(hù)劑和阻燃添加劑等。
隔膜:一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜微孔結(jié)構(gòu),可以讓鋰離子自由通過(guò),而電子不能通過(guò)。主要有聚烯烴隔膜(聚乙烯、聚丙烯等聚合物)、無(wú)紡布類(lèi)隔膜(天然纖維、微纖化纖維素和纖維素類(lèi)納米纖維)和陶瓷復(fù)合隔膜等。
(二)廢舊電池大規(guī)模退役催生電池回收行業(yè)蓬勃發(fā)展
中國(guó)是全球最大的鋰離子電池生產(chǎn)與消費(fèi)國(guó),擁有完整產(chǎn)業(yè)鏈和一批具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和領(lǐng)導(dǎo)地位的電池頭部企業(yè)。近年來(lái)國(guó)家政策持續(xù)支持新能源行業(yè)發(fā)展,新能源和儲(chǔ)能呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì),帶動(dòng)鋰電池行業(yè)同步快速擴(kuò)張。根據(jù)GGII,2022 年國(guó)內(nèi)鋰離子電池出貨量655GWh,同比+100.3%,其中動(dòng)力電池是我國(guó)鋰電池最大細(xì)分品類(lèi),2022 年占比73%。
作為新能源汽車(chē)的關(guān)鍵部件,動(dòng)力電池裝機(jī)量伴隨新能源汽車(chē)銷(xiāo)量同步增長(zhǎng)。參考中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì),2022 年中國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量688.7 萬(wàn)輛,同比+95.6%;參考Frost &Sullivan,動(dòng)力電池裝機(jī)量294.6GWh,同比+90.7%。如按照2022-2025 年CAGR 29%,2025-2030 年CAGR 22%測(cè)算,則預(yù)計(jì)中國(guó)動(dòng)力電池裝機(jī)量2025 年可達(dá)632 GWh,2030 年可達(dá)1707 GWh。
當(dāng)前動(dòng)力電池的壽命約8-10 年,但對(duì)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池來(lái)說(shuō),當(dāng)其電池容量衰減至額定容量的80%時(shí),就不再滿足使用要求,因此實(shí)際有效壽命約5-7 年。退役后的動(dòng)力電池可直接回收,也可梯次利用在低性能要求的場(chǎng)景中。梯次利用適用于容量衰減至額定容量70-80%以下的動(dòng)力電池,這類(lèi)電池雖然不滿足電動(dòng)汽車(chē)的使用標(biāo)準(zhǔn),但剩余電池容量仍能夠滿足其他設(shè)備的能源需求。對(duì)此類(lèi)電池可實(shí)施拆解、篩分、重組,再系統(tǒng)集成為小型電池包,應(yīng)用在一些對(duì)能量密度要求不高的領(lǐng)域,例如低速電動(dòng)車(chē)(電動(dòng)自行車(chē)、快遞車(chē)等)、太陽(yáng)能路燈、通信基站等。對(duì)于電池容量衰減超過(guò)40%的動(dòng)力電池,則會(huì)進(jìn)入拆解回收工序。由于磷酸鐵鋰電池平均循環(huán)壽命相對(duì)更長(zhǎng)(4000 次),電池容量衰減方式為緩慢均勻衰減,因此更適用于梯次利用;而三元電池平均循環(huán)壽命相對(duì)較短(2000 次),穩(wěn)定性較差,且含有鎳鈷錳等稀有金屬,因此回收方式以拆解回收利用為主。
對(duì)于逐漸增長(zhǎng)的報(bào)廢動(dòng)力鋰電池市場(chǎng),其回收的必要性主要體現(xiàn)在環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)性兩方面。環(huán)境保護(hù)角度來(lái)看,鋰離子電池含有多種重金屬、有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物等有毒有害物質(zhì),一旦泄漏進(jìn)入土壤、水體和大氣,就會(huì)造成嚴(yán)重污染;鈷、鎳、銅、鋁、錳等金屬還具有累積效應(yīng),通過(guò)食物鏈富集在人體,具有極大的危害性。因此需對(duì)廢舊鋰離子電池進(jìn)行集中無(wú)害化處理,回收其中的金屬材料,確保人類(lèi)的健康和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。此外,參考郝思越,張偉等的《廢舊動(dòng)力電池回收再生利用概況》,回收再利用廢舊動(dòng)力電池的原料可有效減少礦石原料碳排放的40%以上。經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)看,廢舊鋰離子電池正極材料通常含有Li、Co、Ni 和Mn 等有價(jià)金屬元素,其金屬含量甚至高于一些天然礦石;從礦石中提煉有價(jià)金屬需要較高的成本和能耗,從報(bào)廢電池供回收這些金屬不僅能獲得高純度產(chǎn)品,還可有效降低成本,產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。