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动力电池回收处理行业趋势向好 废旧电池处理资源化利用设备
发布时间:2022-07-30 07:22:57 来源:hth华体会官网 作者:hth华体会首页

        碳中和方向明确,环境友好的可持续发展模式是目标。2021 年 3 月 5 日,2021 年国务院


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  碳中和方向明确,环境友好的可持续发展模式是目标。2021 年 3 月 5 日,2021 年国务院 政府工作报告中指出,扎实做好碳达峰、碳中和各项工作,制定 2030 年前碳排放达峰行动方案,优化产业结构和能源结构。新能源作为碳中和的主要产业,其目标是构建环境友好型、资源闭环型的产业形态,最终降低碳排放的总量。现阶段电池产业快速增长,早期的电池产品正在逐渐进入准退役阶段,废旧锂电池回收是实现产业链可持续发展的必由之路。

  十三五、十四五规划顶层设计,电池回收政策导向明晰。新能源汽车及动力电池政策是新 能源汽车行业发展的重要风向标。2016 年 12 月,十三五规划为新能源汽车的发展指出方 向,2021 年 7 月,国家发改委将废旧动力电池循环利用行动写入“十四五”循环经济发展规划。我们认为在明确的政策宣导下,动力电池回收市场将获得蓬勃发展。

  行业政策助推梯次利用成未来发展方向。根据工信部出台的《新能源汽车废旧动力蓄电池 综合利用行业规范条件及公告管理暂行办法》,对于废旧电池要进行分级处理,即按照先 梯次利用,后再生利用的原则进行综合利用。根据前瞻网数据,2017 年,全国报废拆解 和梯次利用的锂电池(含数码锂电)共 8.3 万吨,其中拆解占比高达 95%,而该比例在 2018 年为 85%。这一文件实际上为废旧电池的处理提供了指引,未来梯次利用的占比或 将慢慢扩大。

  新能源汽车市场高景气,动力锂电池回收市场崛起。中国新能源汽车产销量自 2012 年以 来快速增长,2021 年我国新能源汽车全年产销量分别为 354.5 万辆和 352.1 万辆,同比增 长 159.52%和 157.57%,创历史新高。2022 年 2 月产销量分别为 36.8 万和 33.3 万辆, 同比增长 197.9%和 204.4%。动力电池出货量方面,2014 年以前年出货量一直低于 1GWh,2014 年首次突破 3GWh 达 3.7GWh,2021 年我国动力电池出货量为 220GWh, 同比增长 175%。随着新能源汽车市场规模扩张,动力锂电池需求激增。

  2025 年退役动力电池规模将超过 100Gwh。新能源汽车动力锂电池的平均寿命为 5-7 年。2021 年国内累计退役的动力电池 32 万吨 (~40GWh)。从环境保护及经济效益角度考虑,对废旧锂电池进行回收刻不容缓。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。锂电池产品失效变化大致遵循“可靠性浴盆曲线”,即锂电池产品会在锂电池使用早期失效率较高并呈现递减趋势,使用中期性能稳定,使用晚期因产品老化失效率又开始升高。根据 EVTank 测算,预计 2025 年国内退役动力电池规模超过 100Gwh, 2025 年国内废旧 锂电池回收市场规模达 784.1 亿元。

  金属价格从 2020 年末进入上升通道,带动回收产业盈利性增强。受锂电池正极材料需求 驱动,上游金属普遍出现较大涨幅。2022 年 3 月底,金属钴价达到 57 万元/吨,镍价达到 23 万元/吨,锰价格达到 2 万元/吨,碳酸锂价格达到 50 万元/吨,同比均有大幅增长。锂 电池金属的高价给予回收产品更高附加值。以赣锋循环 34000t/a 废旧锂电池综合回收项目 为例,1)若按照 21 年 9 月的金属价格采购和出售,利润约为 3.3 亿元,利润率为 38%;2)若按照 22 年 3 月的金属价格计算,则利润上升为 9 亿元,利润率为 58%;3)若按照 钴 35 万元/吨、镍 12 万元/吨、碳酸锂 20 万元/吨的稳定价格测算,利润为 2.6 亿元,利 润率为 30%。经测算,21 年 9 月到 22 年 3 月(金属价格高位时期)的碳酸锂价格涨幅高 达 194%,而回收利润增幅达 167%,回收利润对碳酸锂价格的弹性约 85%。

  2025 年金属回收规模达 170 亿元。假设单 Gwh 铁锂的正极材料耗用 0.23 万吨,单 Gwh 三元电池的正极材料耗用 0.17 万吨,2020 年锂回收率为 80%,此后每年增加 2%;2020 年镍钴锰回收率为 98%,此后为 99.5%。根据稳定的金属价格测算,2021 年国内动力电 池回收金属市场规模约为 44 亿元,2025 年将达到 170 亿元,年复合增长率为 40%。若按照 21 年 9 月的金属价格测算,2025 年市场规模为 175 亿元;若按照当前高位金属价格测 算,2025 年国内市场规模为 480 亿元。金属价格上涨带动回收行业基本面向好,22 年回 收企业的收益将高速增长。

  行业全面复盘,动力电池回收行业已经历二十载。锂电池在新能源车的强势崛起,铅酸电池产量和回收量逐步进入萎缩时期,行业格局也基本稳定。锂电池方面,我国磷酸铁锂电池和三元电池装车量分别在 2015 年和 2017 进入放量期,之后专业回收商、国内外车企、电池厂和电池材料厂均布局回收行业,随着 2020 年动力电池回收规模扩张,未来竞争格局有望趋于稳定。

  电池有效回收率低。目前动力蓄电池回收市场最大问题是回收渠道不完善:定价机制尚不清晰,回收角色多为小作坊、个人等无资质企业,市场动力蓄电池报废量显著高于有效回收量。利润空间低成电池回收盈利掣肘。1)当前退役锂电池回收业务存在人力、技术、设备、 缺乏进项抵扣等因素致整体成本高企,多数正规回收主体对退役电池的回收动力不足。2) 不同电池的回收经济效益不同,三元锂电池回收价格可达磷酸铁锂电池数倍,而目前市场 上退役电池以磷酸铁锂电池为主。未来提升盈利需要企业、产业联盟和政府的共同发力。(报告来源:未来智库)

  锂电池回收分为蓄力期、增长期、爆发期三个时期:1)蓄力期(2015 年前):锂电池渗 透到动力领域,政策加持下开始发展,但 70%的装车电池为磷酸铁锂电池,主要用于客车或大巴,锂电池回收也刚起步,以小作坊为主。2)增长期(2015-2021 年):该阶段锂电 池装车量激增,并且三元电池装机量赶超磷酸铁锂,同时回收行业形成一批比较优质的合规企业,回收工艺以湿法为主,火法为辅。3)爆发期(2021 年后):锂电池装机量仍保持高速增长,三元电池的回收竞争白热化,并且磷酸铁锂回收的经济性随金属价格上涨和技术进步也增强,玩家不断增多。

  退役锂电池回收方式分为梯次利用与拆解回收,拆解回收占主导。电动汽车的退役锂电池在电池容量剩余 80%以下时,视情况采取梯次利用及拆解回收两种方式进行循环利用。梯次利用是将退役电池经检测、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。三元循环寿命衰减快,通常直接拆解而不进行梯次利用。根据头豹研究院,2019 年市场中 85%的回收方式为拆解回收。

  梯次利用和拆解回收构成动力电池再利用的闭环。动力电池的生命周期包括生产、使用、 报废、分解以及再利用。车用动力电池容量降低为 80%后,仍有 20%容量可用于电量需 求较小的领域,因此可以将这类电池重组后,梯次应用于基站、电网储能等领域。对于再 利用循环寿命小,容量低于 60%的动力电池,进行拆解回收。

  行业发展存在三大突出问题,检测技术、回收体系与再生工艺为企业核心资源。(1)针对退役电池的筛选及评估标准难统一。动力锂电池溯源性较差,评估体系与标准不健全,拆 解环节安全性不稳定。目前国内因机械化水平限制,在拆解阶段容易会出现不规范操作导 致起火爆炸。在筛选电池、余能检测方面也可能会产生一致性偏差。(2)技术及设备短板。对退役电池的检测技术及核心设备存在不足。目前国内的废旧电池检测技术在动力锂电池 剩余寿命及电池状态无法系统评估,直接导致其回收利用经济性大打折扣。(3)电池回收系统及盈利模式有待完善。主要体现在市场上未建立成熟高效的,多方协作且监管到位的回收体系,多数蓄电池回收网点有效回收率不足。

  梯次利用企业回收退役的动力电池具备五步处理工序。1)分类:筛选出未损坏的电池 , 并进行 SOH 评估;2)拆解:在自动拆解线上将电池包拆解,得到电池模块;3)梯次利用性能检测,包括外部特性测试、解体测试、热失控分析等,并确定适合的应用场景;4) 重组:将电芯重组成模块,加入 BMS、电池外壳等,设计容量和功率匹配;5)检测认证新的电池包。

  梯次利用流程较复杂,对筛选和重组技术及管理方法有很大考验。当前梯次利用技术主要有两种方案,方案一:将退役动力电池进行集中拆解,并集中筛选电芯,重新组装成标准模块。优点是有利于退役电芯集中筛选与维护,选取优质电芯保证质量,最终的电池模块 能实现标准化保证兼容。方案二:在退役动力电池基础上直接改造。优点是有利于电池组梯次利用的简单模块化,供应量充分,生产方式简单易行。缺点是由于电池组本身结构形 状限制,对占地要求较高且电池来源有限。

  梯次利用壁垒较高,难点亟待突破。(1)电池缺乏统一标准,拆解成本高昂:长期以来, 动力电池并没形成统一标准,难以采用同一套拆解线,导致自动化程度极低。(2)离散整 合技术:退役模组芯片系统(SOC)检测模拟技术和电源管理系统(BMS)技术是需要突破的 技术难点。(3)寿命预测技术:是整个综合利用技术的关键点,目前在不同温度下的容量 衰减机理、余能检测以及新技术精确测量定量技术方面,还亟待突破,关键要建立全生命 周期检测。(4)重组技术:主要难点是分组技术和成组技术,如分组参数设定不合理、模组 离散性大、性能不稳定、系统集成困难,一致性评估等技术不成熟。

  拆解回收回收率高,利于资源循环利用。拆解回收是将退役电池通过化学、物理、生物等 手段进行进行拆解,以回收其中的 Ni、Co、Mn、Li、Cu 等金属元素及其他可收回材料, 金属的回收率和纯度基本均可达 90%以上,多用于三元锂电池。三元锂电池中含有的 Ni、 Co、Mn 等金属元素含量远高于原矿,以 NCM523 材料为例,三者化学计量分别为 30.4%、12.2%和 17.1%;磷酸铁锂电池中 1.1%的锂元素含量亦高于我国开发利用的品位 仅为 0.8%~1.4%(Li2O)的原矿(对应到 Li 含量仅 0.4%~0.7%)。拆解回收法可提高矿产资 源的循环利用,较直接开采矿石的生产方式更具成本优势。

  拆解回收工艺流程有三大技术,分别为物理法、火法和湿法。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,并与火法工艺相结合。

  (1)物理法回收技术:将废旧动力电池内部成分,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。优点是操作简单,但不能完全对锂电池进行组分分离,并在物理操作过程中,难以对电池 中的金属材料进行有效回收。目前赛德美拥有独创的材料修复工艺、电解液和隔膜回收工艺,做到业内较高水平。

  (2)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。优点在于操作工艺简单,在高温条件下反应迅速,效率比较高,能够除去残留的粘合剂, 适应于处理大量或者结构较为复杂的电池;但缺点在于能耗大,在处理过程中容易产生有 害气体,污染物处理成本高。

  (3)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,这个过程中涉及到火法;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。湿法回收由于回收率高、产品纯度较高、能耗较低从而成为主流技术,但其工艺流程较长, 且处理过程中需要加入盐酸等腐蚀性溶液,污染治理成本较高。

  三元电池由于容量衰减和高价值等因素,多用于拆解回收。三元电池循环次数在 2500 次 左右时,电池容量衰减到 80%,此后其相对容量随着循环次数的增多呈现迅速衰减趋势, 梯次利用价值极低,但其含有丰富的镍钴锰有价金属,通常直接拆解回收;而磷酸铁锂电 池容量随循环次数的增多呈缓慢衰减趋势,有较高梯次利用价值。

  三元电池拆解回收经济效益分析:以赣锋循环 34000 t/a 废旧锂电池综合回收项目为例,项目进行 14000 吨的三元废旧电池 回收,按照金属钴 35 万元/吨、金属镍 12 万元/吨、碳酸锂 20 万元/吨的稳定价格测算, 项目利润为 2.6 亿元,利润率为 30%,单吨净利润为 1.83 万元。如果按照当前金属钴 57 万元/吨、金属镍 23 万元/吨、碳酸锂 50 万元/吨的稳定价格测算,项目利润为 9 亿元, 利润率为 58%,单吨净利润为 6.39 万元。

  目前我国通讯基站大多采用低成本的铅酸电池作为备用电源,而锂电池在循环寿命、能量 密度、高温性能等方面具有明显优势,将退役磷酸铁锂电池应用在通信基站是可行的方向。梯次利用电池随着循环寿命的增加,性价比将得到快速增长,当梯次利用电池循环寿命大 于 400 次时,性价比超过铅酸电池。

  铁锂拆解回收经济效益分析:2018 年,铁锂湿法回收为亏损状态。根据《动力电池梯次利用场景与回收技术经济性研 究》,铁锂成本主要来源于原材料回收成本、废水废弃物处理、人工费用等方面。铁锂回 收收入为 8220 元/吨,利润为-1695 元/吨。

  锂金属价格上涨,铁锂回收经济性改善。目前随着锂金属价格上涨,LFP 回收也可以逐渐 做到盈利。因此,赣锋、龙蟠、德方纳米等正极材料企业纷纷入局该蓝海市场。以赣锋循环 34000t/a 废旧锂电池综合回收项目为例,假设铜、铝、结构件、石墨等变量的价格保持 不变,测算得盈亏平衡点时的锂金属价格约为 55.4 万元/吨。22 年 3 月,随着锂金属价格 突破 300 万元/吨,上述铁锂项目单吨净利润达 2.78 万元,回收的利润率达到 54%。

  小结:铅酸电池回收已有完整经验,可以借鉴到国内回收产业发展,预计回收增量将在 22 年迎来拐点。国外模式现阶段难以复刻到国内产业,假设未来环保指标成为产业短板,动力电池回收价格可能不跟随原材料上涨而增加。

  受下游需求带动,回收行业玩家不断增加。随新能源汽车渗透率持续攀升,至 2030 年, 国内三元与磷酸铁锂电池回收有望发展成千亿市场。2015 年以来,市场上电力电池回收 相关企业数量快速增长。2021 年成注册高峰期,全年新增 4200 家,同比增长 72.7%。

  产业链梳理:上游是废旧电池提供方,以及回收需要的材料商、设备商。中游是回收厂商: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。此外,锂电材料公司出于产业链协同、降本等原因,也会设立或者 通过并购等方式参与回收。下游可应用于电池材料厂和电池厂等。

  回收行业集中度有望继续提升。格林美为第三方回收代表,宁德时代(旗下广东邦普)为 电池厂商代表领衔整个国内动力电池回收领域。头部企业具有更好的回收率和规模效应, 并且与车企深度绑定。我们预计未来落后产能将逐渐出清,行业集中度进一步提升。

  上游电池来源端:政府企业共同行动,回收网络加快建设。当前全国的近万个回收网点利 用率较低,80%左右的退役电池流入小作坊或者中小回收公司。这些公司大多缺乏资质, 工艺设备落后,回收效率低下,在回收过程中会产生大量废液、废渣等污染物。政策引导下,各方利益主体涌入,共同搭建回收网络。生产者责任延伸制度逐渐成为电池 回收的指导原则,新能源汽车整车生产商链接终端消费者信息,是动力电池回收重要的责 任主体。但该类厂商暂无足够的网络建设能力,需要产业链上的第三方回收企业、电池生产及材料企业等共同合作。目前国内主要参与电池回收的正规厂商多为第三方回收企业, 且同车企合作开拓回收渠道,预计未来产业链上下游战略联盟与合作将更加深入。此外, 电池回收产业联盟面向地域性的终端使用者,承担部分设备责任。

  中游回收处理端:参与者众多,电池中游厂商积极投建回收。中游专业回收公司众多,除 了回收公司外,电池材料公司、电池制造企业也纷纷通过自建产线或并购的方式参与进来, 产业链资本运作频繁,向上下游延伸。

  邦普循环和格林美回收布局偏向三元,是头部回收企业。国内回收公司工艺以湿法为主, 湿法+火法是国内大多数公司的选择,因火法工艺流程较短,通常还需要后续的湿法处理。从市场格局看,邦普和格林美形成双寡头格局,根据头豹研究院,合计市场份额约 30%- 50%;赣州豪鹏、金源新材料、芳源环保、金泰阁、赣锋循环等处于第二梯队;剩下大多数尚处于建设期或试生产阶段。

  新能源领域,布局锂电池回收以及正极 材料行业。公司锂电池回收业务是对新能源汽车废旧动力蓄电池进行多层次、多用途的合 理利用过程,主要包括梯级利用、资源再生利用、原材料能量回收利用等。公司可将废旧 锂离子电池中的镍钴锰锂等有价金属通过加工、提纯、合成等工艺,生产出锂离子电池材 料,使镍钴锰锂磷酸铁等资源实现循环利用。

  磷酸铁锂回收产能扩张,业绩弹性大。凭借回收 LFP 技术可以先发抢占 LFP 电池回收赛 道,2025 年 LFP 回收市场规模约 44Gwh。公司 1000 吨磷酸铁锂回收示范线 日公司在投资者互动平台表示,有 14000 吨碳酸铁锂项目已投产。此外, 公司准备在珠海建设一期 50000 吨的磷酸铁锂回收线 年建成磷酸铁锂处理 能力达到 60000 吨。目前公司有 1 万吨磷酸铁锂回收线 建成投产。另 外,公司在珠海规划 10 万吨磷酸铁锂回收线 万吨回收产能,二期 5 万吨适 时投产。远期来看,公司磷酸铁锂处理能力达到 11 万吨,并且磷酸铁回收率约为 99%, 可带来约 11 万吨的磷酸铁和 2.2 万吨的碳酸锂产量。

  配套贸易业务:19-21 年该业务营收分别为 3.34/1.80/2.03 亿元,20 年受疫情影响呈现负 增长,预计该业务未来将有小幅回升,但不是公司主要战略方向。22-24 的营收增速给出 +5%/+5%/+5%的假设,预计 22-24 年营收 2.13/2.24/2.35 亿元。22-24 年毛利率假设 6.00%。

  梯次利用业务:该业务仍处于起步阶段,19-21 年营收 0.03/0.66/0.58 亿元,对 22-24 的 营收增速给出+25%/+25%/+25%的假设,预计 22-24 年将实现 0.73/0.91/1.13 亿元的营收。参考格林美的废弃资源综合利用业务毛利率,假设 22-24 年该业务毛利率均为 10%。

  锂电池循环业务:20-21 年,锂电池循环业务营收分别为 2.96/8.96 亿元,增速较快,毛 利率分别为 22.44%/35.68%。汽车后市场板块本期调整至锂电池循环业务。预计子公司金泰阁产能将逐步提升,同时子公司赣州天奇循环磷酸铁锂电池环保项目将在 23 年投产。预计该业务 22-24 年实现营收 27.66/50.67/92.42 亿元,实现大幅上涨。随着疫情影响的 修复、公司产能规模的扩张,成本会逐渐下降,毛利率恢复到疫情之前的水平,预计 22- 24 年该业务毛利率分别为 25.00%/25.13%/24.71%。

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