明明并不是什么新鮮東西,為什么在這兩年,建立動力電池回收系統(tǒng)突然成了一件迫在眉睫的事情?
當(dāng)然是因?yàn)樾履茉窜嚤l(fā)了。
數(shù)據(jù)顯示,2015年至到2020年,我國全年動力電池裝機(jī)量從16GWh增長至63.6GWh,年復(fù)合增長率超過50%。中國汽車技術(shù)研究中心數(shù)據(jù)顯示,2020年國內(nèi)累計(jì)退役的動力電池超過20萬噸(約25GWh),市場規(guī)模達(dá)到100億元[1]。
然而,我們看到的只不過是潮頭而已。
考慮到動力電池的平均4-6年的有效壽命以及5-8年的使用年限,結(jié)合2014年開始的電動車快速普及,2021年底,我們才將迎來第一批退役高峰。
可彼時的新能源車交付量和近年一比,不值一提。截至2020年底,我國新能源汽車保有量達(dá)492萬輛,其中純電動汽車保有量400萬輛,新能源汽車增量連續(xù)3年超過100萬輛,而截止2021年十月份,國內(nèi)當(dāng)期的新能源車零售就已經(jīng)超過213萬輛 [2]。
急速增長的新能源車市場,意味著動力電池批量退役的巨大壓力。據(jù)預(yù)計(jì),2025年我國退役動力電池將接近80萬噸[3]。這已是不可等閑視之的數(shù)字,若不能得到恰當(dāng)處置,如此巨量的退役電池既是對資源的浪費(fèi),也對環(huán)境危害甚大。
顯然,如何搭建一個完善的動力電池回收鏈條,已經(jīng)引起了市場的廣泛關(guān)注。放大燈將通過本文,一解行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,以及背后的種種困境。
為什么要回收動力電池?
促進(jìn)動力電池回收產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要是兩大因素:對環(huán)境保護(hù)的需求,以及貴金屬回收的經(jīng)濟(jì)性。
眾所周知,廢舊電池是一種污染性很強(qiáng)的垃圾。尤其是體積巨大的動力電池,其包含大量重金屬、電解質(zhì)、溶劑及各類有機(jī)物輔料,集多種毒性很強(qiáng)的污染物于一身,不恰當(dāng)?shù)奶幹脮?yán)重污染土壤與水源,亦會產(chǎn)生有毒氣體排放。
所以,簡單的填埋或是焚燒,都不適合用來處理退役的動力電池——而且這也也是對資源的浪費(fèi)。
首先,雖說叫“退役”動力電池,但并不是說這些電池性能已經(jīng)接近報廢。一般來說,當(dāng)動力電池的容量衰減至額定容量的約80%~70%以下時,就不再適用于電動汽車,但80%~20%這一區(qū)間,動力電池的性能仍然可以滿足很多設(shè)備的能源需要,僅當(dāng)容量下降至20%后才需強(qiáng)制報廢,這也被稱作電池的能量價值再挖掘。
除了能量價值外,動力電池同樣具有材料再生價值。以目前最主流的兩大電池路線之一的三元電池為例,其使用的鈷金屬,是一種十分稀有的金屬元素,地殼含量低,分布卻十分集中,還主要分布于生產(chǎn)力偏落后的非洲地區(qū),且鈷礦長期受困于產(chǎn)能不穩(wěn)定,時常受到各種外部因素,如當(dāng)?shù)卣值母蓴_。這就導(dǎo)致鈷價格不漲則已,一漲那就是直接奔著要供應(yīng)鏈命去,故得了個“鈷奶奶”的外號。
正是由于鈷的價格,才導(dǎo)致目前很多車企選擇使用811三元電池(鎳鈷錳比例8:1:1),甚至是無鈷電池(如特斯拉),或是惹不起躲得起,直接轉(zhuǎn)型磷酸鐵鋰電池。
隨著越來越多的車企宣布完全放棄傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車并轉(zhuǎn)型電動汽車,以及眾多國家為實(shí)現(xiàn)碳排放目標(biāo)而制定的2050年實(shí)現(xiàn)汽車電動化或禁止傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的時間表,同樣可能推動本不算稀有金屬的鎳、鋰等金屬元素價格維持在高位震蕩,建立一個成熟的回收體系對緩解當(dāng)前和未來供應(yīng)鏈問題也有積極意義。
兩條再利用路線
總的來說,用兩個更常見的詞描述動力電池的再利用方向,就是“拆解回收”與“梯次利用”。雖說兩者相差甚遠(yuǎn),但對動力電池回收產(chǎn)業(yè)而言,它們是典型的互補(bǔ)關(guān)系而非互斥。
2017年2月,國家出臺的《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》提到,鼓勵電池生產(chǎn)企業(yè)與綜合利用企業(yè)合作,在保證安全可控前提下,按照先梯次利用后再生利用原則,對廢舊動力蓄電池開展多層次、多用途的合理利用。
所以最為理想的動力電池回收業(yè),是將退役的動力電池尋找其他應(yīng)用場景繼續(xù)服役,徹底用不了后再拆解回收其中有價值的金屬元素。
然而受多方面影響,現(xiàn)階段的拆解回收路線要遠(yuǎn)比梯次利用路線更為成熟,現(xiàn)實(shí)往往是退役電池直接報廢而不進(jìn)行任何再利用,個中緣由我們將在后文詳述。
拆解回收
現(xiàn)階段,拆解回收有兩種主流處理工藝:火法回收和濕法回收。
火法回收,又稱焚燒法或干法冶金,是通過高溫焚燒去除電極材料中的有機(jī)粘結(jié)劑,同時使其中的金屬及其化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng),以冷凝的形式回收低沸點(diǎn)的金屬及其化合物,對爐渣中的金屬采用篩分、熱解、磁選或化學(xué)方法等進(jìn)行回收。
這一工藝的優(yōu)點(diǎn)在于可處理原料范圍廣、處理量大、流程簡便、電池?zé)o需預(yù)處理等。然而火法回收終究是一種比較初級的回收工藝,存在諸如能耗高、金屬回收率低、設(shè)備要求高、回收金屬需進(jìn)一步精煉、會產(chǎn)生有毒有害氣體等問題。特別是由于火法回收過程中,鋰與鋁殘留于冶煉渣中,進(jìn)一步提取回收并不經(jīng)濟(jì),這導(dǎo)致火法路線往往不能回收鋰,造成了資源浪費(fèi),此種缺陷在如今鋰價格處于高位的當(dāng)下變得格外突出。
濕法回收技術(shù)是以各種酸堿性溶液為轉(zhuǎn)移媒介,將金屬離子從電極材料中轉(zhuǎn)移到浸出液中,再通過離子交換、沉淀、吸附等手段,將金屬離子以鹽、氧化物等形式從溶液中提取出來。該路線是目前國內(nèi)主流的回收工藝。
相較于火法路線,濕法回收的工藝更加復(fù)雜,但具有諸如高效率和有害廢氣排放較少,能耗低,得到的金屬或金屬鹽純度高,反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)而在工業(yè)中被廣泛用于回收和再循環(huán)利用有價金屬。其最終產(chǎn)物的純度能夠達(dá)到生產(chǎn)動力電池材料的品質(zhì)要求,尤其適合金屬原料比較昂貴的三元電池。濕法工藝的缺點(diǎn)在于電池單體必須被破碎預(yù)處理、試劑消耗量大、會產(chǎn)生大量需后續(xù)處理的廢水。
為了從合金或冶煉渣中進(jìn)一步提取、提取金屬元素,還誕生了將火法回收與濕法回收聯(lián)用的工藝。火法-濕法聯(lián)合回收技術(shù)是指廢鋰電池系統(tǒng)經(jīng)過簡單的預(yù)處理拆解和放電后進(jìn)行高溫熔煉、浸出及氧化、高溫?zé)Y(jié)等過程重新制得電池正極材料。只不過與單一回收路線相比,聯(lián)合回收的工藝比較復(fù)雜,有著較高的技術(shù)門檻,有能力布局的企業(yè)比較少,最具代表性的是Umicore公司所采用的 Val'Eas 工藝。
近年,除了傳統(tǒng)的回收工藝外,近年還出現(xiàn)了電極修復(fù)再生工藝。這一路線是將廢舊鋰離子電池中的電極材料拆解分離,使用電化學(xué)或物理化學(xué)等方法處理,恢復(fù)其受損的結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能,使得材料可以再次用于使用場合或作為制備新的電極材料的前驅(qū)體。
上述提到的回收工藝也被稱為化學(xué)法,相應(yīng)的還有著物理法和生物法,只是由于各方面原因,這些工藝十分罕見。物理方法包括破碎浮選法和機(jī)械研磨法,但對有價值金屬的分離效率極低,經(jīng)濟(jì)效益糟糕,缺乏商業(yè)化的基本前提。生物法則是利用微生物微生物分解代謝,將金屬離子有選擇的溶解進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與雜質(zhì)的分離,最終回收有價金屬。但生物技術(shù)當(dāng)前不成熟,僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段,距離大規(guī)模商用有不小的距離。
梯次利用
說完了拆解回收,我們再來講解梯次利用。
廢舊電池梯次利用是指動力電池在達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命時,通過修復(fù)、改裝或再制造等方法使其能夠在合適的工作位置繼續(xù)使用的過程。退役的動力電池經(jīng)過相關(guān)的檢測,確定其性能后,可依次用于低功率電動車、電網(wǎng)儲能、家庭儲能領(lǐng)域,等電池性能進(jìn)一步劣化后,低于最低利用標(biāo)準(zhǔn)再行回收。
有趣的是,目前國內(nèi)梯次利用的標(biāo)志性企業(yè)并沒有出現(xiàn)在行業(yè)內(nèi),而是跨界而來的中國鐵塔。中國鐵塔的回收模式在于通過與車企、動力電池制造商合作,將退役動力電池用于基站的緊急供電。早在2015年,中國鐵塔便對12個省市的3000多個基站開展了梯次利用,將較為老舊的鉛酸電池替換為了工藝上更先進(jìn)的鋰電池;而到了2018年,中國鐵塔已經(jīng)停止采購鉛酸電池,并在全國范圍內(nèi)開展梯次利用[6]。
但是,也就僅此而已了。時至今日,中國鐵塔的模式仍然是最有代表性的梯次利用,路線的整體發(fā)展遲緩,至于為什么我們之后再說。
若我們將視線移至動力鋰電池當(dāng)前最主流的兩種技術(shù)路線,還能發(fā)現(xiàn)它們各自適合的回收路線也有區(qū)別。
簡而言之,三元電池適合拆解回收,磷酸鐵鋰更適配梯次利用。
這主要是因?yàn)閺慕?jīng)濟(jì)性角度看,三元材料中的金屬(鎳鋰鈷)回收價值高,而磷酸鐵鋰由于鋰元素回收存在一些問題,經(jīng)濟(jì)性比較差。這使得三元電池的再生產(chǎn)品售價有顯著優(yōu)勢,能夠給企業(yè)帶來足夠的利潤空間,往期數(shù)據(jù)顯示,回收單噸三元廢舊電池合計(jì)利潤約為6355元/噸,同樣條件下回收單噸磷酸鐵鋰廢舊電池虧損約312元/噸[7]。
磷酸鐵鋰電池之所以適合梯次利用,除了它現(xiàn)階段回收材料的經(jīng)濟(jì)效益差外,也是因?yàn)槠溲h(huán)壽命確實(shí)也有優(yōu)勢。就以梯次利用最常見的儲能來說,電池性能的重要性其實(shí)并不高,反倒是性價比更為重要。退役三元電池的收購價格雖說比磷酸鐵鋰電池高,但這主要也是因?yàn)榻饘倩厥諆r值,兩者循環(huán)壽命、能量密度的差異并不足以覆蓋額外的支出,而且三元電池的安全性也不如磷酸鐵鋰電池,梯次利用恰恰對此有著額外要求。多重因素之下,決定了磷酸鐵鋰更適合梯次利用而非直接拆解。
誰是參與者?
受銷售方式、使用形式、技術(shù)路線等因素影響,動力電池回收行業(yè)的參與者比較復(fù)雜。
參考現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)鏈模式,可大致將動力電池從消費(fèi)者回收至電池生產(chǎn)商的路徑分為三大類:
1、通過電動汽車經(jīng)銷商回收;
2、通過電池租賃公司回收,該路線與上一個路線的電池最終流向與負(fù)責(zé)回收處理的參與者均為動力電池生產(chǎn)商;
3、廢舊電池流向第三方回收公司,回收網(wǎng)點(diǎn)需自主建立,最終的回收加工也由第三方公司自行完成。
在三種基本回收路線的驅(qū)動下,動力電池回收行業(yè)形成了四種基本模式,也代表了四種主要的參與者組織形式:
1、新能源汽車制造商為主體:該模式能夠利用車企的現(xiàn)有銷售網(wǎng)絡(luò)調(diào)動回收積極性,網(wǎng)點(diǎn)覆蓋面比較大,但缺陷在于銷售網(wǎng)點(diǎn)專業(yè)性不強(qiáng),缺乏對動力電池的處置能力,存在一定安全隱患;
2、電池制造商為主體:該模式的優(yōu)點(diǎn)在于電池制造商的專業(yè)性很高,可以對回收來的電池進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幹?,但相?yīng)的需要建立回收網(wǎng)絡(luò),存在額外的運(yùn)營成本,且電池生產(chǎn)商的管理經(jīng)驗(yàn)缺乏;
3、第三方企業(yè)為主體:這種模式優(yōu)勢在于,參與者具備較多的回收運(yùn)營經(jīng)驗(yàn),回收效率較高,但相應(yīng)的成本也偏高,行業(yè)內(nèi)企業(yè)的財(cái)務(wù)狀況普遍談不上樂觀;
4、行業(yè)聯(lián)盟為主體:這種新能源領(lǐng)域內(nèi)的車企、第三方、電池制造商共同組成產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的模式優(yōu)點(diǎn)在于可以形成有效互補(bǔ),各方充分發(fā)揮自身優(yōu)勢,但關(guān)鍵在于其前期展開難度極高,管理難度也非常復(fù)雜,需要多方協(xié)商,會面臨復(fù)雜的扯皮與利益分配。
怎么就是做不起來?
上文已經(jīng)談了動力電池為何回收,怎么回收,以及誰來回收。但本文要在最后,給動力電池行業(yè)潑一盆冷水,甚至說冰水更合適一些——
不管動力電池有多么積極的意義,它都存在一個極其致命的缺陷,那就是經(jīng)濟(jì)效益不高,商業(yè)化潛力糟糕,導(dǎo)致整個行業(yè)時至今日都嚴(yán)重發(fā)育不良。
首先,動力電池回收是極其非標(biāo)準(zhǔn)化的,因?yàn)閯恿﹄姵乇旧砭褪欠菢?biāo)產(chǎn)品,型號眾多,僅封裝就有方形、圓形、軟包以及近年新的“刀片電池”與“CTP電池”等眾多路線。不同技術(shù)路線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在很大差異,對應(yīng)的處理方式就會有所不同;即使同一封裝路線的電池,不同企業(yè)生產(chǎn)的不同產(chǎn)品在用料與設(shè)計(jì)上也不一樣,甚至是同一企業(yè)的不同車型搭載的動力電池也有區(qū)別,需要根據(jù)實(shí)際情況制定有針對性的回收流程。
更進(jìn)一步,哪怕是同一型號的電池,由于車主使用習(xí)慣的不同,電池的殘留性能也不一致,在后續(xù)利用也還是需要進(jìn)一步的檢測與分類。
狀況復(fù)雜的廢舊電池,導(dǎo)致了高度非標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)流程與多樣化的技術(shù)需求,催生了電池回收極為復(fù)雜的工序,嚴(yán)重制約著產(chǎn)業(yè)規(guī)?;?。
其次,雖說動力電池回收的路線非常清晰,但知道路在哪兒和路好走可是兩個完全不同的概念。
梯次利用的問題
在上文,我們曾反復(fù)提到,梯次利用是一個非常不成熟的路線,這主要是因?yàn)闊o論是在技術(shù)還是市場層面,該路線仍然面臨諸多困難。
首先從技術(shù)角度看,梯次利用需要對退役動力電池進(jìn)行充分的評價檢測,確定其性能。經(jīng)過檢測篩選后,才可根據(jù)不同的用途,對退役電池進(jìn)行重組,穩(wěn)定重組后的電池包電壓、電流,最后重新打包投入使用。但當(dāng)前基于容量衰減機(jī)理分析建立的電池壽命預(yù)測模型首先就不夠完善,整個鏈條的第一個環(huán)節(jié)都不過關(guān),期望行業(yè)能有長足發(fā)展顯然不現(xiàn)實(shí)。
其次從市場角度,梯次利用經(jīng)濟(jì)效益確實(shí)不佳。其涉及的逆向物流系統(tǒng)頗為復(fù)雜,中間環(huán)節(jié)眾多,遠(yuǎn)比直接拆解回收要麻煩,不如直接回收來得省事。而且復(fù)雜的流程嚴(yán)重堆高了梯次利用電池的成本,甚至出現(xiàn)重組電池和新電池價格倒掛的怪異現(xiàn)象——舊的比新的還貴,如何能說服下游采購方選擇梯次利用產(chǎn)品?
最后,梯次利用的安全性也不敢恭維。當(dāng)前動力電池的安全性能一直是個顯著問題,且很多隱患就是在使用過程中堆積形成的,例如溶液中離子結(jié)晶導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)形變等,聲稱舊電池比新電池安全顯然不負(fù)責(zé)任。這就使得在消費(fèi)端,很難說服消費(fèi)者接受梯次利用產(chǎn)品。
甚至于從國家層面,對梯次利用的安全性也持懷疑態(tài)度。在今年六月份,國家能源局發(fā)布《新型儲能項(xiàng)目管理規(guī)范(暫行)(征求意見稿)》,征求意見稿就明確只出,在電池一致性管理技術(shù)取得關(guān)鍵突破、動力電池性能監(jiān)測與評價體系健全前,原則上不得新建大型動力電池梯次利用儲能項(xiàng)目[8]。
需知,儲能已經(jīng)是梯次利用最有希望的應(yīng)用場景,可這來自國家的當(dāng)頭一棒,還是提醒了行業(yè)不能高興的太早。
拆解回收的問題
至于拆解回收,我們不能忽視,上游原材料在這兩年處于上漲周期,可不代表會永遠(yuǎn)處于上漲周期。
就以鈷為例,盡管在過去的一段時間里經(jīng)歷了一段極為瘋狂的上漲,但其實(shí)距離在2018年初的高位相差甚遠(yuǎn)。而且近期的原材料價格暴漲,與疫情造成的全球性供應(yīng)鏈-物流雙重危機(jī)密不可分,盡管如今我們無法預(yù)測危機(jī)什么時候會緩解,但終究是不能忽視的風(fēng)險。
當(dāng)原材料價格逐漸回落時,電池回收行業(yè)本來就不怎么樣的利潤空間必然會被進(jìn)一步擠壓。
即使這些金屬原材料的價格因供應(yīng)鏈問題不可逆的維持在了一個較高價位,對于車企而言,其實(shí)也不是沒有選擇,無非就是從三元電池轉(zhuǎn)向磷酸鐵鋰。盡管這會在性能上上做出一定犧牲,但對于汽車這種在成本上極端精打細(xì)算,利潤空間微薄的傳統(tǒng)制造業(yè),也沒什么不能接受的,更何況電池技術(shù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的突破也不能忽視。
如此一來,電池回收本來就不強(qiáng)的商業(yè)化前景無疑更灰暗了。
更糟糕的是,本來就不掙錢的行業(yè),還持續(xù)遭到“黑心企業(yè)”的荼毒。是的,電池回收還是一個受不正規(guī)、無資質(zhì)“小作坊”影響頗深的倒霉行業(yè)。
首先,動力電池合規(guī)復(fù)雜,評審條件眾多,導(dǎo)致行業(yè)準(zhǔn)入門檻非常之高。
有多高?2018年和2021年,工信部兩次發(fā)布符合新能源汽車廢舊動力電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件的企業(yè)名單,分為梯次利用與再生利用兩類,也就是俗稱的白名單企業(yè),數(shù)量足足有——27家(第一批5家,第二批22家),相較于數(shù)以十萬噸計(jì)且仍不斷攀高的退役電池量,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了需求。這空缺出來的市場,自然就成了不合規(guī)企業(yè)滋生的土壤。
其次必須承認(rèn),動力電池回收是一件頗為麻煩的事情,無論是消除環(huán)境污染,還是對待處理電池的分門別類,都意味著成本,而小作坊在這方面顯然沒什么負(fù)擔(dān)。
與正規(guī)企業(yè)繁瑣的回收流程相比,無資質(zhì)小作坊通常采用人工方式對電池包進(jìn)行暴力拆解,分揀過程極為原始,這不但對員工的身體健康有巨大傷害,且伴隨著極大的安全隱患——要知道未完全放電的動力電池,真的會爆炸。在后續(xù)處理環(huán)節(jié),小作坊顯然也不會受到環(huán)評制約,往往直接將沒有無害化的廢棄物,如廢液、熔渣等進(jìn)行非法排放或填埋,會對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染。
無視環(huán)評與安評,極大的降低了這些小作坊的作業(yè)成本,為其帶來了在回收報價上的巨大優(yōu)勢。據(jù)經(jīng)濟(jì)觀察報報道,某些無資質(zhì)的電池回收公司,三元鋰電池的報價高達(dá)15000元/噸,即使價值較低的磷酸鐵鋰電池報價也高達(dá)12000元/噸。作為對比,正規(guī)企業(yè)的回收價格僅有約10000元/噸,甚至更低,雙方的競爭力根本不在同一個量級[9]。
在如此不對稱對抗之下,就出現(xiàn)了正規(guī)企業(yè)收不到電池難以為繼,大多數(shù)退役電池卻去向不明的現(xiàn)狀。據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計(jì),約80%的動力電池都直接流入了不合規(guī)企業(yè)的回收鏈條之中,消失在了小作坊之中[10]。貨源的缺失,甚至導(dǎo)致正規(guī)企業(yè)為了獲得電池維持產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)和業(yè)務(wù)增長,被迫從黑市采購舊動力電池。正規(guī)企業(yè)被逼成了黑市繁榮的推手之一,不得不說也是咄咄怪事了。
伴隨著回收價值更高的三元電池的大批量退役,可以預(yù)見此種“劣幣驅(qū)逐良幣”大概率會愈演愈烈。整個行業(yè)需要的,還是來自政策層面的大力支持,無論是更為成熟的監(jiān)管鏈條,對非法回收企業(yè)的有力打擊,還是對正規(guī)企業(yè)的補(bǔ)貼,對整個行業(yè)都有著十分積極的意義。
當(dāng)然,這就是另一個話題了。