電池回收市場與技術經濟現狀

來源：絲路印象 2024-11-28 15:39:37 瀏覽：2474 收藏

鋰離子電池在新能源領域具有戰略性地位,被廣泛應用于電子、汽車、儲能等。鈷酸鋰和錳酸鋰分別主要用于數碼電子、小動力和低端儲能領域。磷酸鐵鋰和三元鋰在新能源汽車市場角逐,磷酸鐵鋰在儲能市場占90%以上。尤其地,新能源汽車用電成本僅為汽油的1/5~1/4,營運車和動力電池消費量正持續快速增長。

動力電池使用壽命約5~8a,報廢回收利用具有資源經濟價值和環境保護意義。2022年,我國出臺了《信息通信行業綠色低碳發展行動計劃(2022-2025)》,高度重視電池回收利用工作。

“十四五”時期,廢舊動力電池產生量大幅增長,但拆解回收率不足50%,再生利用率僅約22.5%。電池原料鋼、礦產鐵、銅、鋁、鎳、鈷、鋰等是國家戰略性金屬,培育企業加大廢舊動力電池有價金屬高效提取技術研發力度,提升廢舊動力電池再生利用水平,是“十四五”循環經濟發展規劃的重點任務。

本文介紹了動力電池市場發展與報廢回收現狀、再生利用的資源與經濟價值,綜述了企業產能、技術現狀與存在問題;重點分析了主要技術經濟問題,指出了發展方向。

1、動力電池市場發展與報廢量

我國動力電池市場持續發展。2008年,新能源汽車開始投入使用。2012-2014年后,在補貼政策扶持下開始較快增長,到2020年一直呈穩步增長,2021年開始顯著增長。2022年,新能源汽車產銷量分別為705.8萬輛、688.7萬輛,同比增長分別為96.9%、93.4%;磷酸鐵鋰和三元鋰正極活性材料產量分別為119.6萬t、65.6萬t,同比增長分別為160.6%、48.8%。2022年底,新能源汽車保有量1310萬輛,占汽車總量4.1%;其中純電動汽車保有量1045萬輛,占新能源汽車總量79.78%。

我國將迎來動力電池報廢高峰。假設前期營運車磷酸鐵鋰使用年限4a、疊加2a梯級利用后報廢,三元鋰使用5~8a后直接報廢,預計2020年前后為第一次報廢高峰,2027年前后報廢量將快速增長。實際目前動力電池使用壽命超過6

8a,2022年動力電池退役與報廢量分別為31.4萬t、24.1萬t,其中磷酸鐵鋰、三元鋰報廢量各占56.6%、39.8%。

2、廢舊電池再生利用的資源與經濟價值

2.1資源價值鋰離子電池正極材料含有Al、Li、Ni、Co、Mn、P、負極材料含有Cu、石墨等有價元素。Li、Ni、Co、P含量均相當或優于天然精礦品位,如表1所示。

表 1 磷酸鐵鋰和三元鋰正極活性材料化學組成

含銅負極粉末Cu、C含量分別約32.0%、45.4%,銅箔與石墨可以分離回收。

我國電池原料礦產對外依存度很高,再生利用對保障國家能源資源安全具有重大意義。其中,Co、Ni進口超過90%[18-19],Li、Mn、Cu超過70%[20-22],負極球化石墨約60%[23]。而預計Co、Ni需求量將分別在2025年、2030年超過保有儲量,勢必通過再生利用來彌補資源短缺。

2.2經濟價值三元鋰(LFP)、磷酸鐵鋰(NCM)廢舊電池正、負極有價元素用量與回收價值,如表2所示。

表 2 每 GWh 鋰離子電池電極材料有價元素用量與回收價值

以2023年4月底電池原材料止跌價格估算,其中Li>2億元、Ni≈0.9~1.3億元、Co≈0.25~0.55億元、FePO4≈0.21億元。

近年來,電池原材料價格波動較大。電解鈷、電池級碳酸鋰分別在2018年、2022年瘋長至66萬元/t、60萬元/t。2022年12月以后,價格又持續回調。未來,電池回收的成本與收益最終取決于市場供需。

3、廢舊電池回收利用現狀

3.1企業產能

我國工業和信息化部《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規范條件》企業名單數量,在市場和政策影響下2022年翻倍增長,總計達到88家,其中梯級、再生利用分別為57、40家。再生利用產品以氫氧化物三元前驅體為多,其次是Li、Ni、Co、Mn單金屬化合物,包括硫酸鹽、碳酸鹽、氧化物、氫氧化物、氯化物等,也有磷酸鐵。

我國動力電池回收企業產能現狀如表3所示, 表 3 國內電池回收企業產能現狀目前遠超電池退役量。格林美公司拆解技術國內領先,年處理能力35萬套,年拆解回收產能20萬t,梯級利用產能1.5GWh;2019-2021年,電池回收量由1000t增至8400t,毛利率分別為16.1%、20.0%、20.1%。邦普循環擁有電池回收和汽車回收雙料資質,年拆解電池超過2萬t,年生產NiCoMn氫氧化物產能4500t,NiCoMn回收率>98.58%。天奇公司2020年拆解回收電池(含粉料)1萬t,Ni、Co、Mn產量分別為592t、1400t、403t;2021年拆解回收電池2萬t,NiCoMn總產量增至3300t(產能4300t),Li2CO3產量增至1800t(產能2000t)。華友鈷業2020年拆解回收電池4000t,累計接近1萬t,基本實現盈利。

3.2技術現狀

電池回收利用方法包括梯級利用和再生利用。磷酸鐵鋰動力電池容量衰減至<80%時退役可進行梯級利用,繼續在儲能領域使用約2a衰減至<20%時報廢進行再生利用。三元鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰等容量衰減至<20%時直接報廢進行再生利用。

再生利用方法主要有火法、濕法、固相修復法。濕法回收率較高、成本較低,但需發展自動化拆解技術。火法只需去除外殼即可破碎預處理,方便大規模得到NiCoCu合金、Li2O蒸氣和爐渣材料,但回收率較低。固相修復法較難保證產品性能(應產物難以均化以及Cu、Al等雜質影響),產品可用于儲能、低速電動車等領域。我國再生利用以濕法回收三元鋰為主,少量固相修復磷酸鐵鋰或三元鋰,梯級利用處于起步階段。三元鋰廢料濕法回收氫氧化物前驅體的基本工藝流程為:H2SO4+H2O2還原酸浸-Na2CO3中和沉淀除Fe/Al-壓濾分離-P204萃取深度除雜-P507富集提純-加氨陳化-壓濾分離-洗滌、低溫烘干。

但再生利用原料以三元鋰邊角料為多,廢舊電池再生利用率不足22.5%。Li回收率最高約75%,遠低于我國《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規范條件》要求的Li回收率≥85%。NiCoMn回收率可達98%以上,但實際存在原料一致性較差、酸堿用量大、工藝流程較長、生產成本較高等問題。

3.3技術經濟

目前,再生利用不同方法利潤情況如表4所示

表 4 不同再生利用方法盈虧情況

理論上NiCoMn可實現利潤率>20%,Li2CO3回收較難盈利。三元鋰廢料濕法回收產品主要有Ni、Co、Mn、Li單金屬鹽或三元前驅體,磷酸鐵鋰廢料濕法回收產品主要有Li2CO3或FePO4,產品利潤影響因素為:產品純度和回收率>廢水處理≥酸堿用量。磷酸鐵鋰廢料常用H2SO4+H2O2氧化酸浸法,浸出液Li+濃度僅10.56g/L、雜質含量較高,導致成本高和回收率低。H3PO4酸浸法可以提高產品純度和回收率,得到電池級FePO4和工業級Li3PO4,見表5, 表 5 磷酸法與硫酸法回收技術經濟比較有望實現利潤率20%。