鋰電池退役潮臨近，回收利用春天將來

最新 06-29

核心觀點

動力鋰電池偏重梯次利用，消費鋰電池偏重資源再生

回收利用分為梯次利用和材料再生。退役鋰電池中含有電解液以及各類金屬物質，隨意廢棄將對環境產生沉重負擔，因此鋰電池的回收利用必不可少。另一方面，鋰電池中的鋰、鈷、銅、鎳、鋁、鐵等金屬具備不同程度的經濟價值，效益也將促進回收行業的良性發展。

動力鋰電池進入集中退役期，梯次利用集中在儲能環節

2014年成為動力鋰電池的發展元年，之後經過三年的擴張，國內年產量增長了約10倍，達到44.5Gwh。動力電池退役周期在5年左右，因此2018年以後動力電池的回收市場進入高速增長期。一直以來，國家層面積極出台各項政策和標準，劃分回收主體責任、促進其建立回收體系。未來3年，退役電池以磷酸鐵鋰電池為主，主要將梯次利用於儲能市場。鐵塔基站是退役電池的良好應用場景，在電量80%至40%的衰減過程中，退役電池依然可以在儲能上實現800次以上的循環壽命。

鋰鈷價持續上漲，消費類電池的金屬再生效益獲得支撐

我們根據國內主流廠商的濕法再生路徑，對動力電池和消費類電池的經濟效益分別進行了測算。動力電池中磷酸鐵鋰電池（LFP）、三元電池（NCM 523）和消費類鈷酸鋰電池（LCO）金屬再生可獲得的凈利潤分別為-292、17733、38729元/噸。因此可以預見，動力電池的回收依賴責任劃分和梯次利用，而消費類電池再生的經濟性相對更好。

首次覆蓋並長期看好鋰電池回收行業

首次覆蓋並長期看好鋰電池回收行業。動力鋰電池進入集中退役的高增長時期，另外，回收政策陸續出台，相應法律法規逐步完善。退役動力電池的梯次利用延長其使用周期，有望獲得超額收益。消費類鋰電池的再生項目具備金屬回收良好的經濟價值。同時垃圾分類的完善有利於提高（回收/報廢）率，公司有望獲得利潤的穩步增長。相關企業：格林美、廈門鎢業、寧德時代、天奇股份。

風險提示：回收標準執行力度低於預期，上游原材料價格出現大幅波動

正文目錄

一、鋰電池回收目的：環保性和經濟性雙輪驅動

二、回收市場：3C類基數大增長穩，動力類增長快空間大

三、政策與標準出台：明確責任和建立體系

3.1.整車廠成為責任主體

3.2. 國家標準保障追溯體系

四、梯次利用：挖掘動力電池的剩餘價值

4.1. 梯次利用簡介

4.2.儲能是梯次利用的最佳場景

五、材料再生方法及經濟性：濕法再生，價值凸顯

5.1.國際以火法+濕法，國內以濕法再生為主

5.2.材料再生經濟性討論

六、相關標的

風險提示

一、鋰電池回收目的：環保性和經濟性雙輪驅動

電池中含多種有害物質，隨意廢棄將對生態產生巨大影響。鋰電池在結束其使用周期以後，需要進行回收處理，主要出於對環保性和經濟性的考慮。鋰電池裡面通常含有的物質如下表格，根據2011版美國有害物質列表數據，Ni、Co、磷化物得分超過1000，被認為是高危物質。如果廢舊鋰離子電池採取普通的垃圾處理方法(包括填埋、焚燒、堆肥等)，其中的鈷、鎳、鋰、錳等金屬以及無機、有機化合物必將對大氣、水、土壤造成嚴重的污染，具有極大的危害性。廢舊鋰離子電池中的物質如果進入生態，可造成重金屬鎳、鈷污染(包括砷)，氟污染，有機物污染，粉塵和酸鹼污染。廢舊鋰離子電池的電解質及其轉化產物，如LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、HF、P2O5等，溶劑及其分解和水解產物，如DME、甲醇、甲酸等，都是有毒有害物質，可造成人身傷害，甚至死亡。

電池材料回收具備多重經濟價值，包括能量價值再挖掘和材料再生價值。經濟性方面同樣值得重視，其主要包括三個方面：1、鋰電池在高端用電器上退役以後，依然可以滿足部分低端用電器的需求，通常是電動玩具、儲能設施等，回收後的梯次利用能夠賦予鋰電池更多的價值，特別是退役動力鋰電池；2、即使電學性能無法滿足更深層次的使用，但其中所含有的Li、Co、Cu等相對稀有的金屬依然具有再生價值；3、由於部分金屬還原耗能與金屬再生能量存在巨大差異（圖1），如Al、Ni、Fe，導致金屬回收具有能耗上的經濟價值。不同類型鋰電池含有不同種類金屬及其比例，1噸傳統消費類的鈷酸鋰電池中對應約170公斤鈷金屬，而在銅、鋁、鋰方面，含量大都相似。因此，總體來看鈷酸鋰電池的回收價值將大於其餘類別，如磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。

近年來，為了確保終端用戶主動將電池歸置到預設回收點，增加廢舊電池回收率，很多國家都進行了立法規定，使廢舊鋰離子電池的回收工藝靈活化，回收過程人性化。歐盟要求各成員國最近幾年廢舊電池要逐步搜集回收，從生產過程和用戶終端兩方面著手降低環境污染，要求 2012 年 9 月份之前回收率應該至少達到25%，到 2016 年 9 月份電池回收率不低於45%，同時還要求電池的有效質量回收率應平均不低於 50%。

二、回收市場：3C類基數大增長穩，動力類增長快空間大

鋰離子電池保持高速增長。1990年索尼公司推出第一款鋰離子電池—鈷酸鋰電池，標誌著鋰電池正式進入市場。因其工作電壓高（3.7V）、能量密度大（175W·h/kg）、壽命長及環保性佳等優點，大量應用於消費電子類產品，如筆記本電腦、手機、攝錄影機、數字相機、遊戲機等。經過電子產品多年的高速發展，我國消費類（3C）鋰電池的年產量已經超過50Gwh。另一方面，近幾年，隨著鋰電池逐步應用於新能源汽車，我國動力電池的年產量增速迅速攀升，從2014年的大約4Gwh擴張至2017年的44Gwh，三年的時間呈現十倍的增長，體量已經與消費類電池相當，使得鋰離子電池的增速遠遠高於其他電池品種。根據中國化學與物理電源協會的統計，2016年電池類別中鋰離子電池實現42%的高增速，而物聯網和智能晶元的發展使得鋰一次電池也有超過10%的增速，其餘類別大多（鎳鎘電池、鎳氫電池、鋅錳電池）呈現縮量趨勢。因此，鋰電池已經進入加速放量時期，回收市場未來也將呈現高速增長態勢。

動力鋰電池增長迅猛且市場空間巨大。中國新能源汽車產業發展迅速，國家層面早在2009年就出台各種鼓勵政策促進產業的健康發展，未來政策將逐步向強制性過渡。近幾年銷量增速保持在高位，2013~2017年全國銷量分別為1.8、7.5、33.1、50.7、77.7萬輛，複合增長率超過100%。未來由於基數的擴大，增長可能由超高增速逐步轉為高中增速，預計2020年實現全國200萬輛的新能源車銷售，對應電池有望達到80Gwh以上。國際專業機構LMC Automotive預測中國2025年新能源車銷售將達到700萬輛，國際車企在補貼退坡後會在2020年左右進入中國市場，帶動滲透率的快速提升，對應電池的產量到2025年將超過200Gwh，而電子產品的不斷滲透，也將帶動消費類電池的穩定增長，我們認為增速在10%左右。

鋰電池作為化學能和電能相互轉換的器件，內部一直發生著相對可逆的化學反應，而負極與電解液之間的副反應則是其循環壽命的主要限制因素。通常消費類電池有3~6年的生命周期，根據用電器的功能和更換頻率，我們認為其報廢周期在5年左右。另一方面，動力鋰電池應用於新能源汽車，它的壽命主要由充電頻率決定。運營車輛如網約車、計程車、公交車，通常充電頻次為7次/周，而私家車通常在1次/周。總體考慮，動力電池的生命周期也在5年左右。因此，我們假設鋰離子電池的整體報廢周期為5年。

由於動力電池從2013年至今保持高增速，隨後在2018年開始進入中高增速，報廢的時間線會滯後五年，從2018年開始到2021年都將呈現高增速，當基數提升到一定程度，市場開始穩定增長。今年我們預計鋰電池報廢量在30Gwh左右，到2025年數量會提升至約150Gwh。

三、政策與標準出台：明確責任和建立體系

3.1.整車廠成為責任主體

在電動汽車滲透率逐步提高的時期內，特別是2012~2018年間，國家層面陸續出台諸多電池回收的政策，其主要目的是明確整車廠需作為回收的責任主體，並聯合電池廠、再生廠共建回收體系。另一方面，3月6日，在全國「兩會」上，全國人大代表、上汽集團董事長陳虹建言有關部門規範新能源汽車動力電池回收及梯級利用，並提出六條具體措施：1、新增新能源汽車回收資質，並與傳統汽車回收資質分離。細化電池拆解的技術標準、監督和推出機制，逐步淘汰技術落後、環保不達標的企業；2、設立動力電池梯級利用企業的技術准入門檻，從嚴打擊動力電池無技術、隨意拼裝、非法兜售的現象；3、統一規劃建設新能源汽車回收拆解、動力電池梯級利用、動力電池再生利用園區；4、由車主承擔動力電池回收的相應責任，將新能源汽車車主的動力電池編號納入社會徵信體系，以此杜絕車主私自拆卸電池並在市場上非法出售的行為；5、將動力電池有效回收的因素，納入財政補貼考慮範疇；6、給予動力電池梯級利用的研發補貼，引導產學研合作，研究基礎性技術與國內廠家共享成果，降低企業回收成本。總體來看，政策與提議都表明了動力鋰電回收利用體系在逐步建立。

3.2. 國家標準保障追溯體系

在國家標準方面，消費鋰電池的諸多回收體系從2005年已經開始建立，動力電池標準在2017年陸續出台，其中包括了余能檢測、拆解規範和編碼規則。編碼規則對回收體系的建立尤為重要，因為其要求動力電池在出廠之前需進行編碼，在之後的任意時刻通過查詢編碼，能夠知曉電池全生命周期的運行情況和處理情況，這為之後的梯次利用和回收再生都提供了追溯流程，也能夠對各環節的責任進行劃分，避免了電池的隨意使用、拆解和廢棄。如果未來鋰電池納入危化品種類，消費類鋰電池的回收也將強制執行。

四、梯次利用：挖掘動力電池的剩餘價值

4.1. 梯次利用簡介

回收利用通常分為兩步，第一是電池的梯次再利用，第二是材料的再生。消費類電池由於規格繁雜、單體電量太小難以進行重新配對和再利用，通常進入再生程序。而動力電池通常在80%有效電量時從汽車上退役，在80%至40%的衰減過程中梯次應用在要求相對較低的領域，實現電池價值的再延續。當有效電量小於40%時，大部分電池的電壓、容量、內阻性能都太過離散，難以配對成組，將進入材料再生程序。

具體來講，梯次利用的程序為電池拆解、剩餘壽命預測、系統集成和再利用。

拆解：動力電池退役時，是整個pack從車上拆解下來的。不同的車型有不同的電池pack設計，其內外部結構設計，模組連接方式，工藝技術各不相同，意味著難以用一套拆解流水線適合所有的電池pack和內部模組。那麼就需要進行柔性化的配置，將拆解流水線進行分段細化，針對不同的電池pack，在制定拆解操作流程時，要儘可能復用現有流水線的工段和工序，以提高作業效率，降低重複投資。

剩餘壽命預測：兩種情況考慮，一種是動力電池在服役期間，其相關運行數據有完整記錄，那麼當梯次利用的廠家拿到這些數據之後，結合電池的出廠數據，可以建立電池模組的簡單壽命模型，能夠大致估算出，在特定運行條件下電池模組的剩餘壽命(根據所設定的終止條件)。另一種情動力電池的使用情況並無數據記錄，僅有出廠時的原始數據(如標稱容量、電壓、額定循環壽命等)，使用過程和當前狀態未知。當梯次利用的廠家拿到電池後，需要對每個模組進行測試，先明確其當前的健康狀態，然後要根據測試數據和出廠時的原始數據，建立一個對應關係，根據不同的材料體系，大致估算其潛藏的剩餘價值。第二種情況，測試設備、測試費用、測試時間、分析建模等，都會增加不少的成本，導致梯次利用的經濟價值降低。基於有限的數據，對剩餘壽命的預測也是不準確的，這無疑又會增加梯次利用產品的品質風險，使得產品的生命周期成本較高。所以，如何做到快速無損的檢測，是該種情況下梯次利用的關鍵所在。因此去年出台的電池編碼標準將起到關鍵作用，讓電池生命周期的性能得以追溯。

系統集成技術：梯次利用，最合理的應該是拆解到模組級，而不是電芯級，因為電芯之間的連接通常都是激光焊接或其他剛性連接工藝，要做到無損拆解，難度極大，考慮成本和收益，得不償失。

4.2.儲能是梯次利用的最佳場景

國內外梯次利用案例豐富，儲能是絕佳場景。在梯次利用領域，國內外大型企業及科研院所都做了大量探索，從諸多案例中，我們可以看出儲能是最重要的應用場景，其包括了移動電源、商業儲能、家庭儲能、電網儲能以及智能電網建設。因此未來動力電池的梯次利用有望在儲能領域規模化展開。

部分我國2013~2014年使用在「十城千輛」公交上的磷酸鐵鋰電池已經逐步開始進入回收程序，很大比例都使用在鐵塔的基站儲能領域。據專家分析，退役磷酸鐵鋰電池相比鉛酸電池有諸多優勢，包括能量密度、循環壽命以及工作溫度。目前通信行業所使用的鉛酸電池它的循環次數往往在200次以內，鐵塔目前檢測的指標達到符合鐵塔使用要求的鉛酸電池100% DOD充放循環次數是100次，退役磷酸鐵鋰循環依舊可以接近1000次。另外，磷酸鐵鋰電池質量比能量、體積比能量、功率等等這些指標要遠遠高於鉛酸電池，也就造就了它能夠在空間狹小的環境當中快速布放的可能。

五、材料再生方法及經濟性：濕法再生，價值凸顯

5.1.國際以火法+濕法，國內以濕法再生為主

鋰電回收各國目標一致，但模式和方法各有差異。發達國家在電池的回收領域進入較早，也具備相應的辦法：美國是生產者責任延伸+消費者押金制度。通過消費者購買電池是收取一定數額的手續費和電池生產企業出資一部分回收費，作為產品報廢回收的資金支持，同時廢舊電池回收企業以協議價將提純的原材料賣給電池生產企業，此種模式既能讓電池生產企業很好的履行相關責任義務，在一定程度上又保證了舊電池回收企業的利潤，落實了生產者責任延伸制度；德國是電池生產廠家承擔相應責任。利用基金和押金機制建立了廢舊電池回收體系市場化，實現了良好的效果。依據德國關於電池回收立法的規定，德國電池生產和進口商必須在政府登記，經銷商要組織回收機制，同時用戶有義務將舊電池交給指定的回收機構；日本是國家立法，並對電池生產企業進行補助。日本電池生產商採取電池收回計劃，建立起「蓄電池-銷售-回收-再生處理」的電池回收利用系統電池回收後運回電池生產企業處理，同時政府給予生產企業相應的補助。

優美科是國際最大的回收類企業之一。其在兩大領域的產品和服務具有傑出的貢獻：清潔移動（汽車催化劑和可充電電池材料），以及回收利用貴金屬和特殊材料。電池回收業務主要集中在鎳氫和鋰電池兩個品類。豐田作為搭載鎳氫電池混動車銷量最大的車企，與優美科展開合作，對旗下車型普銳斯的電池進行回收，自2000年以來，豐田已經銷售混動車型超過100萬輛。

國際國內回收再生的主流方法分為：火法、濕法和機械分離法。優美科採用的是火法與濕法相結合的路徑（圖10）。其原理是首先將電池在接近1000攝氏度的爐內進行熔煉，此時液體及有機物完成分解，留下合金。隨後通過酸鹼沉澱等化學反應，分離合金中的各種金屬。該方法最大的優勢是：1、可同時處理鋰電池、鎳氫、鎳鎘電池；2、自動化程度高，人工參與較少；3、高溫降低了電池材料的毒性。其劣勢是：1、Mn容易存在於廢渣中，難以回收；2、Li的回收利用率偏低，容易在高溫下蒸發。

國內企業通常相對聚焦鋰電池的回收再生，因此大多採用濕法路徑。其原理是將報廢電池經過物理放電，然後拆解獲得電池殼、極片等部件，隨後用NMP溶解掉正負極片上的PVDF，回收銅箔和鋁箔。所得到的正極粉末將進行酸鹼沉澱反應，分離Co、Li等元素。該法的優勢是：1、所含元素幾乎都可以回收；2、再生效率高，Co、Ni達到95%以上，Al、Cu達到90%以上，Li到達75%以上。劣勢主要是：1、電池標準不一導致拆解過程依賴人工，自動化程度不足，效率相對低；2、此法只針對鋰電池，難以同時處理多種類型電池。

5.2.材料再生經濟性討論

在對不同類型鋰電池的經濟效益分析中，我們主要討論磷酸鐵鋰電池（LFP）、三元電池（NCM 523）、鈷酸鋰電池（LCO），並基於以下假設：1、報廢電池按照電芯重量（t）計算，並未考慮其他pack組件；2、電池的收購成本按照鈷和鋰含量對應價值的一半計算（回收市場通常計算方法）；3、所需原材料價格按照2018年3月價格計算；4、金屬價值按照對應金屬鹽類價值的80%計算；5、設備折舊與維護設定6000t再生廠投資1.2億，十年折舊；6、稅收按照高新企業15%所得稅率計算。