①一路高歌猛進的新能源電動汽車行業(yè),也在遭遇各種挑戰(zhàn)。其中一個,是動力鋰電池作為新能源電動汽車的核心角色,其壽命只有 5-8 年; ②中國動力鋰電池的“退役潮”即將開始,如何處理退役的動力鋰電池,已成為一個考驗各方的重要問題。
《科創(chuàng)板日報》4月19日訊(研究員 金博) 如果評選20世紀的偉大發(fā)明,鋰離子電池應會名列其中。
2019年10月,年度諾貝爾化學獎揭曉,美國德州大學奧斯汀分校的約翰B古迪納(John .B. Goodenough)等三位教授,憑借在鋰離子電池研究方面的卓越貢獻,聯袂獲獎。這表明鋰離子電池技術在增進人類福祉方面的意義,已得到學術界公認。
其實,鋰電池的應用歷史并不長遠。1990年代,鋰電池才首次實現商品化。不過,因其能量儲備大、循環(huán)壽命長、無記憶性以及自放電率低等優(yōu)勢,被很快應用于人類生活的方方面面。
特別是近十年來,鋰電池找到了一個更寬廣的應用領域:以特斯拉等為代表的新能源電動汽車行業(yè)的狂飆突起,電池行業(yè)迎來一個迅猛發(fā)展的春天。
而中國的動力電池企業(yè),以前瞻的技術研發(fā)和市場布局,在這場圍繞新能源汽車的長程爭霸賽中,暫時占據領先位置。在全球動力電池產業(yè)中,已出現一些市場份額居前的中國企業(yè),如寧德時代、比亞迪、中創(chuàng)新航等。其中,寧德時代在全球市場占據了第一的位置。
不過,看似一路高歌猛進的新能源電動汽車行業(yè),也在遭遇各種挑戰(zhàn)。其中一個,是動力鋰電池作為新能源電動汽車的核心角色,其壽命只有 5-8 年,也就是說,紅紅火火的新能源電動汽車行業(yè),即將面對電池“退役潮”的嚴峻問題。
能否飛躍挑戰(zhàn),幫助動力電池行業(yè)解決回收問題,讓新能源汽車行業(yè)為節(jié)能減排事業(yè)真正作出貢獻,正考驗著政府、學界及整個行業(yè)的應對智慧。
動力電池報廢高峰將至
2014 年被稱為“中國新能源車元年”,當年,國家一口氣出臺了16項支持新能源汽車發(fā)展的政策。結果第二年,中國就成為全球最大新能源汽車市場。
2021年,中國新能源汽車的滲透率開始加速,整個產業(yè)由政策驅動開始轉為市場驅動。據相關數據,2023年,中國新能源汽車產銷分別達到958.7萬輛和 949.5.7萬輛,同比分別增長35.8%和37.9%,滲透率已達31.6%。
短短十年,從零起步到世界第一,中國新能源汽車產業(yè)已駛入快車道。
在國內動力電池領域,磷酸鐵鋰和三元電池是兩大主流技術路線:前者成本低、安全性高,但電池能量密度較低,續(xù)航略差;后者續(xù)航時間長,但成本稍高。
隨著比亞迪刀片電池的推出,磷酸鐵鋰逐步勝出,2021年7月,磷酸鐵鋰電池以 51.3%的市占率實現反超,然后一路領先,目前市場占比已接近70%。
在這場技術之爭中,動力鋰電池看似勝出,但后續(xù)隱患也由此埋下。
行業(yè)已有共識,認為動力電池的服役年限會在5~8年。其原理是:鋰電池多次充放電循環(huán)后,穩(wěn)定性會有所降低。其電解液會發(fā)生分解,正極材料的晶格會轉變,游離的鋰離子發(fā)生沉積,致使電池容量衰減、失效。而當動力鋰電池壽命衰減至 80%以下時,電池的電化學性能將出現明顯下滑,難以完全滿足汽車的正常動力需求,電池就要進入退役狀態(tài)。
由此,中國動力鋰電池的“退役潮”將要開始。
僅在2022年,國內廢舊鋰電的回收已達30.03萬噸,其中碳酸鋰當量近6萬噸。如以2021年中國新能源汽車產銷量顯著增加作為起始年,假設電動汽車的動力電池平均壽命為5年,預計到2026年,汽車動力電池的報廢量就將急劇增長,退役動力電池量有望超過 100GWh,2032年有望超過1TWh,2022年至2035 年CAGR將達33%。
如何處理退役的動力鋰電池,已成為一個關鍵問題。這是因為:
1、安全屬性。退役動力電池存著安全隱患。動力電池額定電壓較高,在缺乏保護措施的情況下,接觸或擠壓容易引起觸電事故;當電池內外短路時,正負極會產生大電流,導致高熱。廢舊電池如處理不當,會導致電池燃燒甚至爆炸,甚至導致嚴重火災,因此退役動力電池必須得到安全處置。
2、環(huán)保屬性。電池中含多種有害物質,隨意廢棄將對生態(tài)環(huán)保和人體健康產生巨大影響。另外,多數金屬資源的可回收性良好,且工藝可行,鋰電池在退役后進行回收必要且可行。
3、經濟屬性。退役動力電池資源性強,再生利用的經濟價值高。廢舊電池含有多種可回收的金屬資源, 包括鋰、鎳、鈷、錳、鋁、鋼等,以及其他可再生利用成分如石墨等,具備再生利用價值。根據國家出臺的《廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范公告管理暫行辦法(2019 年本)》的要求,動力電池再生利用企業(yè)對鈷鎳錳的綜合回收率應不低于98%,鋰的回收率不低于85%,現行回收工藝可以滿足此技術指標,退役動力電池金屬回收在技術上可行。
4、戰(zhàn)略屬性。回收退役動力電池,相當于開拓了“城市礦山”,對突破能源金屬的資源限制、保障國內資源供應,具有戰(zhàn)略意義。中國鋰鈷鎳資源儲量低、礦產量低,但消費量非常大,資源對外依存度居高不下。根據相關數據,2021 年中國鋰、鈷、鎳的儲量,分別占全球總儲量的6.8%、1.1%、2.9%;但消費量卻分別占到了全球的 62.6%、66.9%、55.7%。中國的新能源產業(yè),面臨著資源嚴重受制于人的局面。
從如上因素看,對動力電池的回收利用,不僅意義重大,在實施的緊迫性上,也是刻不容緩。
中國動力電池企業(yè)的探索實踐
為了解國內動力電池企業(yè)在節(jié)能減排、特別是電池技術研發(fā)和回收利用方面的情況,《科創(chuàng)板日報》研究員從科創(chuàng)板相關上市公司中,挑出派能科技和珠海冠宇兩家企業(yè)進行案例研究,通過公司官網、公開發(fā)布的ESG報告等,看看其實際操作狀況。
其中派能科技位于上海,2009年成立,2020年作為“儲能第一股”在科創(chuàng)板上市,專注于鋰電池儲能產品開發(fā)和應用,提供鋰電池儲能系統(tǒng)綜合解決方案。
珠海冠宇成立于2007年,擁有珠海、重慶、嘉興三個生產基地,2021年10月在科創(chuàng)板上市,是頭部的消費類聚合物軟包鋰離子電池供應商。
總的來看,這兩家上市公司都采取了一些積極舉措:
比如在物料方面,派能科技“對固體廢物進行回收利用,基本實現了零污染的目標”;珠海冠宇則“在報廢階段,公司積極推進電池回收利用再生制造,提高資源使用效率”。
在廢物物的管控方面,派能科技“對各類固體廢物采取綜合利用或妥善處置的方法,一般固廢執(zhí)行相關標準,危險廢物則按照相關要求進行存儲和處置”;珠海冠宇則“一般工業(yè)固廢,委托具備處理能力的物資回收利用單位回收;危險廢物,委托有資質的處置單位定期收運,并將轉移聯單上傳國家相關系統(tǒng)”。
相較而言,派能科技在通過技術研發(fā),在提升電池壽命方面,做了一些探索創(chuàng)新。“在既有的納米功能涂層、先進負極水系粘結劑、功能型電解液等核心技術的基礎上,持續(xù)開展研究,以提升電池循環(huán)壽命。目前,公司的長壽命電池在保持能量密度不低于 175Wh/ kg 的基礎上,循環(huán)壽命提升至13,000 次,預計未來能突破15,000 次,使用壽命超過20 年?!?/p>
總的來說,動力電池的回收利用,已是契合整個行業(yè)未來發(fā)展的大方向。比如蘋果公司計劃2025年實現在電池中使用100%再生鉆、產品設備中的磁鐵將完全使用再生稀土元素、所有蘋果設計的印刷電路板將使用100%再生錫焊料和 100%再生鍍金。特斯拉工廠計劃將報廢電池100%移交至電池回收白名單企業(yè)進行再生利用,92%電池原材料金屬實現再利用。
從我國的實踐來看,中國電池回收的相關政策,一直伴隨新能源汽車產業(yè)的成長,各項體系規(guī)范不斷完善。特別是2018年至今,政策出臺明顯加速,密集發(fā)布了各項辦法,追加電池溯源管理,提高行業(yè)規(guī)范度,整治行業(yè)生態(tài)亂象,國內電池回收企業(yè)的規(guī)范化、專業(yè)化、大型化趨勢,在逐漸加快。
有理由相信,中國的動力電池回收利用事業(yè),一定會得到健康、長足的發(fā)展。
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