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动力电池"退役潮"即将来临,如何应对?

如果评选20世纪的伟大发明,锂离子电池应会名列其中。

2019年10月,年度诺贝尔化学奖揭晓,美国德州大学奥斯汀分校的约翰B古迪纳(John .B. Goodenough)等三位教授,凭借在锂离子电池研究方面的卓越贡献,联袂获奖。这表明锂离子电池技术在增进人类福祉方面的意义,已得到学术界公认。

其实,锂电池的应用历史并不长远。1990年代,锂电池才首次实现商品化。不过,因其能量储备大、循环寿命长、无记忆性以及自放电率低等优势,被很快应用于人类生活的方方面面。

特别是近十年来,锂电池找到了一个更宽广的应用领域:以特斯拉等为代表的新能源电动汽车行业的狂飙突起,电池行业迎来一个迅猛发展的春天。

而中国的动力电池企业,以前瞻的技术研发和市场布局,在这场围绕新能源汽车的长程争霸赛中,暂时占据领先位置。在全球动力电池产业中,已出现一些市场份额居前的中国企业,如宁德时代、比亚迪、中创新航等。其中,宁德时代在全球市场占据了第一的位置。

不过,看似一路高歌猛进的新能源电动汽车行业,也在遭遇各种挑战。其中一个,是动力锂电池作为新能源电动汽车的核心角色,其寿命只有5-8年,也就是说,红红火火的新能源电动汽车行业,即将面对电池“退役潮”的严峻问题。

能否飞跃挑战,帮助动力电池行业解决回收问题,让新能源汽车行业为节能减排事业真正作出贡献,正考验着政府、学界及整个行业的应对智慧。

动力电池报废高峰将至

2014年被称为“中国新能源车元年”,当年,国家一口气出台了16项支持新能源汽车发展的政策。结果第二年,中国就成为全球最大新能源汽车市场。

2021年,中国新能源汽车的渗透率开始加速,整个产业由政策驱动开始转为市场驱动。据相关数据,2023年,中国新能源汽车产销分别达到958.7万辆和949.5.7万辆,同比分别增长35.8%和37.9%,渗透率已达31.6%。

短短十年,从零起步到世界第一,中国新能源汽车产业已驶入快车道。

在国内动力电池领域,磷酸铁锂和三元电池是两大主流技术路线:前者成本低、安全性高,但电池能量密度较低,续航略差;后者续航时间长,但成本稍高。

随着比亚迪刀片电池的推出,磷酸铁锂逐步胜出,2021年7月,磷酸铁锂电池以51.3%的市占率实现反超,然后一路领先,目前市场占比已接近70%。

在这场技术之争中,动力锂电池看似胜出,但后续隐患也由此埋下。

行业已有共识,认为动力电池的服役年限会在5~8年。其原理是:锂电池多次充放电循环后,稳定性会有所降低。其电解液会发生分解,正极材料的晶格会转变,游离的锂离子发生沉积,致使电池容量衰减、失效。而当动力锂电池寿命衰减至80%以下时,电池的电化学性能将出现明显下滑,难以完全满足汽车的正常动力需求,电池就要进入退役状态。

由此,中国动力锂电池的“退役潮”将要开始。

仅在2022年,国内废旧锂电的回收已达30.03万吨,其中碳酸锂当量近6万吨。如以2021年中国新能源汽车产销量显著增加作为起始年,假设电动汽车的动力电池平均寿命为5年,预计到2026年,汽车动力电池的报废量就将急剧增长,退役动力电池量有望超过100GWh,2032年有望超过1TWh,2022年至2035年CAGR将达33%。

如何处理退役的动力锂电池,已成为一个关键问题。这是因为:

1、安全属性。退役动力电池存着安全隐患。动力电池额定电压较高,在缺乏保护措施的情况下,接触或挤压容易引起触电事故;当电池内外短路时,正负极会产生大电流,导致高热。废旧电池如处理不当,会导致电池燃烧甚至爆炸,甚至导致严重火灾,因此退役动力电池必须得到安全处置。

2、环保属性。电池中含多种有害物质,随意废弃将对生态环保和人体健康产生巨大影响。另外,多数金属资源的可回收性良好,且工艺可行,锂电池在退役后进行回收必要且可行。

3、经济属性。退役动力电池资源性强,再生利用的经济价值高。废旧电池含有多种可回收的金属资源,包括锂、镍、钴、锰、铝、钢等,以及其他可再生利用成分如石墨等,具备再生利用价值。根据国家出台的《废旧动力蓄电池综合利用行业规范公告管理暂行办法(2019年本)》的要求,动力电池再生利用企业对钴镍锰的综合回收率应不低于98%,锂的回收率不低于85%,现行回收工艺可以满足此技术指标,退役动力电池金属回收在技术上可行。

4、战略属性。回收退役动力电池,相当于开拓了“城市矿山”,对突破能源金属的资源限制、保障国内资源供应,具有战略意义。中国锂钴镍资源储量低、矿产量低,但消费量非常大,资源对外依存度居高不下。根据相关数据,2021年中国锂、钴、镍的储量,分别占全球总储量的6.8%、1.1%、2.9%;但消费量却分别占到了全球的62.6%、66.9%、55.7%。中国的新能源产业,面临着资源严重受制于人的局面。

从如上因素看,对动力电池的回收利用,不仅意义重大,在实施的紧迫性上,也是刻不容缓。

中国动力电池企业的探索实践

为了解国内动力电池企业在节能减排、特别是电池技术研发和回收利用方面的情况,《科创板日报》研究员从科创板相关上市公司中,挑出派能科技和珠海冠宇两家企业进行案例研究,通过公司官网、公开发布的ESG报告等,看看其实际操作状况。

其中派能科技位于上海,2009年成立,2020年作为“储能第一股”在科创板上市,专注于锂电池储能产品开发和应用,提供锂电池储能系统综合解决方案。

珠海冠宇成立于2007年,拥有珠海、重庆、嘉兴三个生产基地,2021年10月在科创板上市,是头部的消费类聚合物软包锂离子电池供应商。

总的来看,这两家上市公司都采取了一些积极举措:

比如在物料方面,派能科技“对固体废物进行回收利用,基本实现了零污染的目标”;珠海冠宇则“在报废阶段,公司积极推进电池回收利用再生制造,提高资源使用效率”。

在废物物的管控方面,派能科技“对各类固体废物采取综合利用或妥善处置的方法,一般固废执行相关标准,危险废物则按照相关要求进行存储和处置”;珠海冠宇则“一般工业固废,委托具备处理能力的物资回收利用单位回收;危险废物,委托有资质的处置单位定期收运,并将转移联单上传国家相关系统”。

相较而言,派能科技在通过技术研发,在提升电池寿命方面,做了一些探索创新。“在既有的纳米功能涂层、先进负极水系粘结剂、功能型电解液等核心技术的基础上,持续开展研究,以提升电池循环寿命。目前,公司的长寿命电池在保持能量密度不低于175Wh/ kg的基础上,循环寿命提升至13,000次,预计未来能突破15,000次,使用寿命超过20年。”

总的来说,动力电池的回收利用,已是契合整个行业未来发展的大方向。比如苹果公司计划2025年实现在电池中使用100%再生钻、产品设备中的磁铁将完全使用再生稀土元素、所有苹果设计的印刷电路板将使用100%再生锡焊料和100%再生镀金。特斯拉工厂计划将报废电池100%移交至电池回收白名单企业进行再生利用,92%电池原材料金属实现再利用。

从我国的实践来看,中国电池回收的相关政策,一直伴随新能源汽车产业的成长,各项体系规范不断完善。特别是2018年至今,政策出台明显加速,密集发布了各项办法,追加电池溯源管理,提高行业规范度,整治行业生态乱象,国内电池回收企业的规范化、专业化、大型化趋势,在逐渐加快。

有理由相信,中国的动力电池回收利用事业,一定会得到健康、长足的发展。

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