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我国推广新能源汽车的力度空前,自 2009 年至 2017 年底,新能源汽车保有量已经超过 170 万辆。新能源汽车的核心是动力电池,按照不同的使用场景,电池的寿命在 3-5 年,因此,未来将有大量动力电池报废下来,对动力电池进行回收利用,不仅符合新能源汽车绿色环保的定位,而且有利于对锂钴等资源的循环利用,降低对自然资源的依赖,意义重大。

在动力电池 3-5 年寿命限制下,2013-2015 年的电池已经达到报废标准,并在今年释放出一波体量,随后每年将会有更多电池报废下来,从而给锂电回收市场带来源源不断的增量。根据我们测算,锂电回收市场将在 2020 年才会迎来较大规模,而且以拆解回收为主,届时国内动力电池回收规模将达到 46 亿元。2025 年,回收市场规模将达到 370 亿元,届时三元拆解回收,磷酸铁锂梯次利用双主线进行。在巨大的市场增量面前,锂电回收企业将充分享受蓝海机遇。

本期的智能内参我们推荐来自东方证券的研究报告,介绍动力电池回收行业的目的、方式和市场规模。如果想收藏本文的报告全文(东方证券:动力电池回收),可以在智东西公众号:(zhidxcom)回复关键词“nc297”获取。

一、为什么要回收动力电池

我国推广新能源汽车的力度空前,自 2009 年至 2017 年底,新能源汽车保有量已经超过 170 万辆。新能源汽车的核心是动力电池,按照不同的使用场景,电池的寿命在 3-5 年,因此,未来将有大量动力电池报废下来,对动力电池进行回收利用,不仅符合新能源汽车绿色环保的定位,而且有利于对锂钴等资源的循环利用,降低对自然资源的依赖,意义重大。

1、资源有限、循环无限

动力电池主要由四部分组成:正极、负极、电解液以及隔膜,另外还有一部分是外壳材料和粘接剂。其中正极是动力电池的核心部件,一般对于动力电池的分类就是按照正极材料的组成进行的分类。目前主流的动力电池正极材料是磷酸铁锂和三元材料,两者合计占比超过 95%。另外还有少部分的锰酸锂和钴酸锂,占比只有 5%左右。三元电池更符合未来对电池能量密度的要求,2017 年三元动力电池装机量已经接近磷酸铁锂电池,2018 年上半年三元超过磷酸铁锂,预计到 2025 年, 三元电池占比将超过 75%,成为最主要的新能源汽车动力电池。

锂金属是制造动力电池的重要原材料。目前我国对锂的需求中有 70%依赖进口。我国的锂矿资源主要分布在四川、青海和西藏三个省份,尤其青海和西藏地区,生态环境脆弱而且交通运输能力有限,远离需求地区,短时间内大规模开采利用的可能性极低,自有产能无法满足国内动力电池的激增的需求,我国对于进口锂电池原材料的需求会逐年增加。锂的价格也随着新能源汽车需求的爆发而大幅度上涨,供给端产能释放导致价格回落,但仍处于高位。

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▲中国和全球锂矿产量对比(万吨)

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▲我国锂金属价格走势(元/吨)

动力电池中另一个重要的元素钴也是稀缺资源。我国钴储量基础约 8 万吨,资源量 56.6 万吨,品位低,钴资源十分匮乏,进口依赖度高达 90%。全球钴储量约 710 万吨,主要集中在刚果(金)、澳大利亚、古巴、新喀里多尼亚、赞比亚和俄罗斯,中国仅占 1%。刚果(金)的钴储量为 340 万吨,占全球钴储量的 48%,居世界第一位,但由于刚果(金)地区政局不稳定,使得全球的钴供应具有了一定的不确定性。钴原料经过轰烈的涨价行情后,逐渐回落,目前长江钴报价 47 万元/ 吨。

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▲全球钴矿分布

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▲长江有色市场:平均价:钴:1#(元/吨)

退役三元电池的正极材料经过加工提纯可再次用于三元前驱体的制造,部分满足未来对于动力电池制造的需求,减少对于国外原材料进口的依赖,帮助企业控制原材料成本上涨带来的不利影响。2018 年作为动力电池回收的元年,预计回收的材料折合成金属量占全年需求的 8%左右,而到 2025 年,我们测算回收的钴金属量能够占到当年需求的 70%。也就是说未来随着动力电池大规模退役。, 通过回收可以很好的满足锂电材料环节对原材料需求的一半以上。通过对电池材料循环利用,可以很好的解决我国相关原材料资源短缺的问题。

动力电池的回收目前主要集中在正极材料的回收上,尤其是三元材料正极,目前回收主要集中在锂、钴、镍、锰等有价金属。对于动力电池的其他部分,电解液可能是未来回收的一大重点,目前已经有高纯度回收电解液的方法,就是使用超临界 CO2 回收,采用这一方法的优势在于产品纯度较高, 但是对回收企业技术要求较高,目前国内回收电解液的企业较少。隔膜属于高分子材料,使用一段时间后会有老化的问题,寿命有期限,回收价值不大。负极的石墨会有锂离子嵌入,改变了负极结构,回收后的负极不能直接利用,而且石墨价格并不高,回收的经济价值不大。外壳部分的主要材料是铝合金等金属材料,在拆解或者破碎环节可以直接回收,而且回收纯度高。

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▲各类动力电池中锂钴等金属含量

2、符合节能环保理念

十九大召开以来,国家对于生态文明建设重视程度加深,环保督查严格执行,问题企业强制停产整改,重点污染企业排放监测,环境资源部严格落实绿水青山就是金山银山理念,环保力度加大。而动力锂电池中存在的重金属元素和其他对环境有害的污染物是电池退役后面临的主要环境问题。动力电池的主要污染物包括铜镍钴锰等金属元素、六氟磷酸锂遇水产生的氢氟酸、有机溶剂以及其他塑料等白色污染物。

钴镍锰元素都有一定的生物学毒性,随意丢弃会污染土壤和水源。钴元素是人体必需的一种微量元素,但过量钴会引起红细胞增生;锰慢性中毒导致持久性的精神、认知、运动功能损害;胶体镍或氯化镍毒性较大,可引起中枢性循环和呼吸紊乱,使心肌、脑、肺和肾出现水肿、出血和变性。如果动力电池没有得到妥善的回收处理而随意丢弃到环境中,这些化学元素最终会通过食物链和生物富集效应,最终汇集到人的体内,出现各种中毒症状,威胁人类的身体健康。

动力电池材料中另一个主要的污染源来自于电解液。目前的动力电池使用的是液态电解液,其中有机溶剂如果不经过任何处理直接排放到环境中同样会造成污染;溶剂目前采用的比较多的就是六氟磷酸锂,六氟磷酸锂遇水产生氢氟酸,有剧毒而且腐蚀性很强,对于环境也会造成极大的污染。而其他部分,诸如外壳材料和隔膜一般是高分子塑料制品,会产生白色垃圾。

因此回收动力锂电池具有极强的环保意义,符合当今打造蓝天白云、碧水青山的环保大方向。

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▲锂离子电池组分的化学特性和潜在环境污染

3、国家高度重视,政策密集出台

国家在新能源汽车产业形成的初期,就已经认识到动力电池报废的相关问题,不断出台动力电池回收政策,完善回收体系建设。随着动力电池报废高峰来临,近期政策更是接连出台,表明了国家对于动力电池回收问题的高度重视,也为我国动力电池行业长期稳定的发展提供了政策支持。

在动力电池回收领域落实生产者责任延伸制度,是构建废旧电池回收网络的重要环节。2016 年 12 月,工信部发布《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》(征求意见稿),明确了汽车生产企业承担动力蓄电池回收利用主体责任。2018 年 1 月工信部等 7 部委发布《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》,要求汽车生产企业应建立动力蓄电池回收渠道,负责回收新能源汽车使用及报废后产生的废旧动力蓄电池。鼓励汽车生产企业、电池生产企业、报废汽车回收拆解企业与综合利用企业等通过多种形式,合作共建、共用废旧动力蓄电池回收渠道。通知还提出,鼓励社会资本发起设立产业基金,研究探索动力蓄电池残值交易等市场化模式。

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▲动力电池回收产业政策和行业规范

电池溯源管理确保动力电池来有源,去有踪,环节可控。2018 年 7 月 3 日,工信部发布了《新能源汽力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》,要求建立溯源管理平台,对动力蓄电池生产、销售、使用、报废、回收、利用等全过程进行信息采集,对各环节主体履行回收利用责任情况实施监测。目前动力电池溯源管理平台正式运行,过渡期一年。

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▲动力电池溯源管理综合平台-回收利用管理模块

规定对电池生产企业、汽车生产企业、回收拆解企业、梯次利用企业和再生利用企业等各主体的承担工作做了明确划分,保障电池从出厂给车企,到终端消费者,再到回收拆解等各环节都有迹可循, 全生命周期动态监测也降低了回收拆解利用过程的难度。

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▲动力电池溯源管理规定对参与主体的要求

地方政府发挥着重要的鼓励引导作用。除了国家政策的引导以外,部分大力推广新能源动力汽车的城市也制定了相关的补贴政策和办法帮助建立完善的回收体系。如上海市在 2014 年就颁布补贴政策,对于回收废旧动力电池的车企,每套废旧电池补贴 1000 元。深圳要求整车企业按 20 元/KWh 计提动力电池回收处理资金,同时地方政府给予不超过 50%比例的补贴。

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▲部分城市动力电池回收补贴政策

二、打造动力电池完整闭环

1、回收环节为动力电池产业链画上完整闭环

回收为动力电池产业链补上最后一环。动力电池产业链上游是正负极材料、电解液和隔膜等材料, 这些材料的制备流程包括锂钴矿的冶炼,钴盐等中间产品的生产和前驱体、石墨、六氟磷酸锂等材料的加工,下游是新能源汽车行业。通过对动力电池进行回收,可以获得除了隔膜、负极以外的大部分材料,实现资源循环利用。

从动力电池回收环节看,上下游产业链延伸到新能源汽车产业链和储能领域。上游以新能源汽车企业为主体,包括了新能源汽车售后服务网点、电池租赁企业以及回收服务网点;下游则以梯次利用企业和锂电材料生产企业为主体。形成动力电池回收重要闭环的环节既是本行的前端,同时也是本行业的后端,他们由整车厂商、汽车经销商和消费者组成。全新电池经过电池企业、整车企业、汽车经销商,最后流入到消费者手中,消费者将报废的电池通过售后服务网点和电池租赁企业更换新电池,同时由售后网点、电池租赁企业收集废旧电池,转交给回收服务网点和废旧电池综合利用企业,通过综合利用企业生成可再利用产品。流向梯次利用企业的电池在报废后又回到综合利用企业做再生资源利用,这些再生资源流向电池生产企业再做成新的电池,进而流向整车企业,形成一个闭环。

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▲锂电回收为动力电池产业链构建了完整闭环

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▲废旧动力电池回收产业链及电池流向

在上述环节中,梯次利用企业和锂电材料生产企业发挥着重要的作用。梯次利用企业将废旧动力电池的剩余寿命在储能等领域进行二次利用,继续发挥剩余价值,拓展了动力电池寿命周期;而锂电材料生产企业接纳综合回收利用企业的再生产品,主要是电池的前驱体,如硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰、碳酸锂、氢氧化锂等原材料,保证回收来的资源再次回流到动力电池产业链中。

2、报废拆解和梯次利用双主线发展

动力电池的回收利用主要包括两种方法:梯次利用和资源再生。

由于动力电池对容量要求较高,当电池容量退化到 70%~80%时,已经不能满足新能源汽车的需求, 必须更换新的动力电池。但是这些电池仍有比较大的利用空间,通过对其进行拆解分拣重新组合, 应用到光伏电站、微电网等大型用电领域,或者通过将动力电池小型化,装配到 UPS 电源、低速代步车、电动自行车和家用充放电系统中。梯次利用不仅能充分发挥退役电池的剩余寿命,而且从商业模式上进一步降低电池成本。对于磷酸铁锂电池,由于含有的高价金属材料比例低,拆解回收经济性较差。我们测算理想状态下,回收一吨磷酸铁锂电池仅能创造 1.3 万元的收入,不足以覆盖回收成本。同时考虑到磷酸铁锂电池的可循环次数较高,比较适合采用梯次利用的方式以充分利用其剩余容量。

资源再生是指退役的动力电池首先经过拆解破碎,再通过化学、物理或者生物过程得到高纯锂盐和其他前驱体材料的过程。三元动力电池中含有大量锂钴镍锰金属,回收收益较高,同时三元动力电池循环次数较低,梯次利用价值不大,更适合直接进行报废回收。
目前政策引导是鼓励先梯次利用、再拆解回收,以充分发挥废旧电池的经济效益。但是,受制于电池均一性和成本影响,目前梯次利用的量比较小,据 GGII 统计,2017 年全国梯次利用和拆解报废的锂电池(含数码锂电)共 8.3 万吨,其中电池拆解占比 95%。

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▲动力电池两种回收利用方式

目前摆在梯次利用面前的有两个技术问题,离散整合技术和寿命检测技术。动力电池发展至今,不同厂商电池的一致性较低,这对梯次利用造成了很大障碍。同时,电池的容量、电压、内阻等在梯级利用时,会在很少的循环次数下形成断崖式下跌,对后期使用维护造成极大困难。整体来看,梯次利用的投入成本仍高于采购新电池的成本,因此目前国内的退役动力电池梯次利用仍处在试点阶段。

中国铁塔是大型储能设备的最大用户,配置需求足够容纳退役动力电池二次利用。铁塔目前在全国范围内拥有 180 万座基站,备电需要电池约 54GWh;60 万座削峰填谷站需要电池约 44GWh;50 万座新能源站需要电池约48GWh。合计需要电池约146GWh。以存量站电池6 年的更换周期计算, 每年需要电池约 22.6GWh;以每年新建基站 10 万个计算,预计新增电站需要电池约 2.4GWh。合计每年共需要电池约 25GWh。庞大的基站、储能布局足够承接退役磷酸铁锂动力电池规模。

政府鼓励电池企业和车企与铁塔合作,开展动力电池梯次利用试点。目前铁塔已经建立了 57 个试点基站,运行状况良好。2017 年,中国铁塔进一步扩大试点规模,在五个省建立了总计 0.3GWh的梯次利用基站,2018 年 1 月中国铁塔还与桑德集团等 16 家企业签订新能源汽车动力电池回收利用战略合作伙伴协议。2018 年 7 月 25 日,工信部等七部门联合发布《关于做好新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知》,扩大梯次利用试点范围,以 17 个省市和地区(包括京津冀地区、山西省、上海市、江苏省、浙江省、安徽省、江西省、河南省、湖北省、湖南省、广东省、广西壮族自治区、四川省、甘肃省、青海省、宁波市、厦门市) 以及中国铁塔股份有限公司为试点, 做好新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作。

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▲国内梯次利用的试点项目

相比于中国的电动汽车,国外发达国家在动力汽车的产业上起步较早,比我国更早面临退役动力电池的回收问题,国外在动力电池回收上的做法对我们有一定的借鉴作用。从国外的经验来看,德国的博世集团利用宝马的 ActiveE 和 i3 纯电动车报废的电池建造了 2MW/2MWh 的大型官府电站储能项目,相比于在大型储能系统上开展应用需要考虑的电池一致性问题,在个人领域上的应用对一致性的要求就比较低。国外车企在这方面已经成立了有关公司开展相应的业务,4R Energy 公司是日产汽车与住友商事株式会社在2010 合资成立的,致力于实现日产聆风的锂电池二次商业化利用。公司回收日本和美国市场中聆风汽车的废旧电池用于住宅及商用的储能设备,目前已经推出两款储能电池产品。以外,ABB 和日产聆风合作处理退役电池,特斯拉的 Powerwall 项目。

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▲国外梯次利用项目

报废的三元材料电池由于含有较多的高价值金属,一般采用直接报废拆解的方式。动力电池报废拆解的流程是:放电、拆解电池系统、拆解电池模组、电池包处理和材料提纯,从而实现从废旧动力电池系统向可再次利用的高纯锂盐和高纯过渡金属的转变。锂电回收的核心环节在于电池包处理和材料提取,在这两个环节采用物理、化学或者生物的方法,将废旧动力电池中的金属元素提纯,生产可再次利用的动力电池所需的原材料。

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▲动力电池拆解再生利用的流程

动力电池的拆解回收目前主要集中在对正极材料的回收上,回收方法有干法回收、湿法回收和生物回收技术。

干法回收主要是指使用机械分选法和高温热解法直接实现各类电池材料或者有价金属的回收,但是确定也比较明显,容易造成二次污染而且能耗高,不符合国家节能减排的环保政策。

湿法冶金方法是对锂电池进行破碎分选一溶解浸出一分离回收的处理过程。这一方法的优势就是产品纯度高,化学反应选择多,对操作和设备要求低,但是缺点是反应速度慢,工艺复杂、成本偏高。

生物回收技术主要是利用微生物浸出,将体系的有用组分转化为可溶化合物并选择性地溶解出来, 实现目标组分与杂质组分分高,最终回收锂、钴、镍等有价金属,但是目前微生物菌类培养困难, 浸出环境要求高。

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▲正极回收的三种方法

具体采用哪种方法,根据电池种类不同,会有不同的工艺流程,但是值得注意的是,任何工艺,每一步、每一个细节,如果处理不当,都可能会涉及电池安全和处理中的二次污染问题。国外部分企业目前已经实现了工业化处理废旧动力电池,它们采用不同的技术手段,回收的材料以锂钴镍等金属为主。我国动力电池回收企业如格林美、邦普循环等在资源再生领域深耕多年,工艺水平已经达到国际水准。其中格林美是全球最大钴粉制造企业,超细钴粉国际、国内市场占有率分别达到 20%、50%以上,超细镍粉成为世界三大镍粉品牌之一;邦普循环综合回收率达到 98.58%,国内第一。

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▲国外实现工业化生产的主要废旧电池回收企业

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▲我国代表企业回收工艺情况

3、 商业模式探索:创建回收渠道+拆解中心行业大联盟

目前废旧动力电池回收来源主要有三个方面:第一是动力电池厂商生产出的次品和整车企业在装备 过程中产生的次品,这两类电池不经过消费者直接从动力电池厂商和整车厂商回收到综合利用企业。第二种是从整车厂商经过经销商到达消费者手中,当消费者手中的电池退役后,通过汽车售后服务 更换动力电池或者汽车报废后交给报废处理企业,经过这两种渠道回收废旧电池。第三种通过电池 租赁企业更换废旧电池,由电池租赁业负责回收废旧电池。

锂电回收行业的参与者主要有动力电池与整车厂设立的回收企业和专业的第三方综合利用回收企 业。前者主要有比亚迪、宁德时代、国轩高科、比克电池、中航锂电、雄韬电源、北汽新能源等, 是动力电池回收的主要责任承担着。他们负责回收渠道的搭建,掌握着退役锂电池资源,在退役电池的来源上有着先天的优势。而专业第三方回收企业以格林美、华友钴业、豪鹏科技、邦普循环和光华科技为代表,具有专业的技术和多年的回收经验,回收渠道和产品分销渠道完善。

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▲国内布局动力锂电回收的企业

2018 年 8 月 1 日,工信部公布了《符合<新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件>企业名单(第一批)》,衢州华友、赣州豪鹏、荆门格林美、湖南邦普循环和广东光华科技 5 家公司入选,这 5 家公司均属于专业第三方。根据《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》中的规定,作为第一批符合行业规范条件的企业,它们未来将有机会参与废旧动力蓄电池回收利用标准体系的研究制定和实施工作,从而在行业中获得先发优势地位。

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▲符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》企业名单(第一批)

我们认为目前锂电回收行业仍处在发展初期,动力电池与整车厂和专业第三方企业分别占据电池回收的渠道优势和回收拆解技术优势。在国家对回收资质的管控下,动力电池回收行业最终将走向回收渠道和拆解中心大联盟的商业模式。在这种模式下,动力电池与整车厂与专业第三方企业合作, 建立企业联盟。前者通过回收渠道收集废旧动力电池,以一定的价格交易给具有专业资质的第三方回收企业。目前已有企业积极拓展合作伙伴,如格林美和北汽集团旗下汽车服务贸易公司北汽鹏龙签订《关于退役动力电池回收利用等领域的战略合作框架协议》,在共建新能源汽车动力电池回收体系、退役动力电池梯次利用、废旧电池资源化处理、报废汽车回收拆解及再生利用等循环经济领域以及新能源汽车销售及后服务等领域展开深度合作。这种模式必将吸引其他企业效仿,发挥各自优势,共同完善动力电池回收利用大体系。

三、2020 年爆发,2025 年孕育 370 亿市场

我国新能源汽车推广成效显著,2017 年全年产销近 77.7 万辆,是 2012 年的 60 倍,是 2016 年的1.5 倍。截止 2017 年底,全国新能源汽车保有量超过 170 万辆,过去三年新能源汽车终端持续产销两旺,带动了上游动力电池大规模出货,累计出货量已经超过 85GWh。在动力电池 3-5 年寿命限制下,2013-2015 年的电池已经达到报废标准,并在今年释放出一波体量,随后每年将会有更多电池报废下来,从而给锂电回收市场带来源源不断的增量。根据我们测算,锂电回收市场将在 2020 年才会迎来较大规模,而且以拆解回收为主,届时国内动力电池回收规模将达到 46 亿元。2025 年,回收市场规模将达到 370 亿元,届时三元拆解回收,磷酸铁锂梯次利用双主线进行。在巨大的市场增量面前,锂电回收企业将充分享受蓝海机遇。

1、新能源汽车规模化替代进程加速,促进动力电池装机量提升

政策引导和市场调节为新能源汽车市场培育了良好的消费习惯。2018 年上半年,新能源汽车市场继续高歌猛进,实现 41 万辆的产销规模,是去年同期的 2 倍。预计新能源汽车全年销量破百万是大概率事件。在倡导环保出行和推动汽车电动化的背景下,我们认为未来新能源汽车将逐渐替代传统燃油车,成为道路上的主力军。

根据工信部《汽车产业中长期发展规划》,2025 年汽车销量中 20%的比例是新能源汽车,传统汽车市场将出现萎缩,假设 2500 万的销量,则对应新能源汽车的体量大约是 500 万辆。鉴于双积分政策已经与 4 月正式实施,积分交易系统也在 7 月上线,这一系列举措为今后新能源汽车行业奠定了基调。政府将对新能源汽车的推广压力传导给车企端,促进车企生产更多的新能源汽车,我们预计 2020 年超额完成 200 万辆,2025 年完成 500 万辆新能源汽车的销售规模。基于此,我们预计 2018 年新能源汽车销量将达到 113 万辆,占汽车总销量的 3.7%;2020 年完成 210 万辆的销售规模;2025 年完成 500 万销量规模。

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▲新能源汽车销量和动力电池装机量预测

从 3.7%到 20%,占比提升表明新能源汽车对传统汽车的替代进程在提速,再加上单车带电量也有提升,从而给上游动力电池环节带来巨大的增量空间。2017 年,动力电池装机量达到 36.43GWh, 同比增长 29.9%。今年上半年装机量 15.45GWh,较去年同期的 6.25GWh 增长了近 1.5 倍。预计,
2018 年全年完成 54.5GWh 的装机量。2020 年实现 108.9GWh,2025 年 259.2GWh 装机量。

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▲新能源汽车销量将保持高速增长(辆)

在新能源汽车推广初期,磷酸铁锂电池占绝对主力,随着对动力电池能量密度要求的提高,三元动力电池高能量密度的优势体现出来,装机量占比逐渐提升, 2017 年,三元动力电池装机量16.15GWh,占比 44.56%,已经非常接近磷酸铁锂电池的装机量,2018 年上半年,三元动力电池装机量超过磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池主要应用在客车、专用车上,而三元电池主要应用在乘用车上,在体量上具有绝对优势。未来,三元电池占比将进一步提升,我们预计,2018 年三元电池装机量达到 28GWh,占比 51.4%;2020 年达到 69GWh,占比 63.4%,而到 2025 年,装机量超过 200GWh,占动力电池的比例超过 77%。

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▲终端需求带动动力电池装机量持续高增长(GWh)

2、动力电池报废规模不容小觑,2025 年再扩大 5 倍

动力电池在不同场景下使用年限有差异,通过对比终端不同的使用场景,理想情况下,私家车动力电池使用年限约 5-9 年,出租车和网约车等运营车辆使用年限为 2-5 年,新能源车往往更倾向于加入网约车阵营,从而拉低电池平均寿命。因此,我们认为“第 N 年回收量 =第 N-3 年装机量/3 + 第 N-4 年装机量/3 +第 N-5 年装机量/3”是比较合理的计算方式,而市场普遍乐观的按动力电池 3年报废进行市场测算。

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▲不同应用场景下,动力电池使用年限

由于三元动力电池不断迭代升级,我们有必要对不同水平的三元电池产品进行了分类预测。三元动力电池发展初期,以 NCM111 为主,以 523 为研发方向。随着钴价格大幅度上涨,为了降低原材料成本,同时满足高能量密度的要求,三元电池在技术上逐渐向高镍低钴的 NCM622/811 和 NCA 电池发展。2012 年,三元动力电池中只有 NCM111 和 NCM523,两者八二分; 2017 年,NCM111/523/622/811 和 NCA 电池的占比分别是 8%,66%,20%,4%和 2%。根据技术迭代进程和工信部对电池能力密度的要求,我们假设 2020 年,NCM111 被淘汰,NCM523/622/811 和NCA 占比分别为 25%、40%、30%和 5%;2025 年,NCM622 和 811 占比 90%,NCA 占比 10%。

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▲三元动力电池各类型占比

通过计算,我们得到,2018-2020 年,需要回收的废旧动力电池容量分别为 6.73 GWh、15.81 GWh 和 26.66GWh,同比增长 292%、135%和 69%。其中磷酸铁锂电池的容量为 4.75 GWh、11.31 GWh和 16.38GWh,占比 70.53%、71.54%和 61.43%;;三元动力电池的容量为 1.7 GWh、3.76 GWh 和 8.89GWh,占比 25.25%、23.75%和 33.36%。2025 年,我国需要回收的废旧电池容量则达到137.4GWh,是 2018 年的 20 倍,2020 年的 5 倍。其中三元动力电池的回收量占比 68%,达到
93GWh,磷酸铁锂的占比 27%,为 37.67GWh。

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▲2016-2025 年动力电池回收规模(GWh)

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▲2018-2025 年动力电池回收规模预测(GWh)

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▲2018-2025 年各类动力电池回收规模占比变化趋势

根据各种型号的动力电池对应的电池重量关系,我们计算出 2018-2025 年报废动力电池重量。2018-2020 年分别有 4.2 万吨、9.86 万吨和 16 万吨动力电池报废,其中磷酸铁锂电池占绝对数量。2025 年,有 65.56 万吨动力电池报废,三元动力电池占主导。考虑到前期磷酸铁锂电池能量密度普遍在 110-120Wh/kg,2018-2020 年实际退役电池重量要高于预测值。

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▲各类型号动力电池能量密度和电池重量关系对应表

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▲2016-2025 年报废动力电池规模(万吨)

3、 动力电池回收市场规模预测

磷酸铁锂和三元电池是动力电池两大主力。磷酸铁锂电池的循环次数较高,从新能源汽车上报废拆解下来后,还具有很大的利用价值,比如应用在电信基站的供电、家庭储能等领域,继续发挥作用; 而三元电池报废下来后很难再继续使用,一般直接对其进行拆解回收金属材料。目前磷酸铁锂电池的梯级利用并不理想,这是因为前期电池 pack 技术水平限制,并没有完善的电池余量和充放电次数检测手段,拆解分拣成本高昂,再加上运输和组装成本,磷酸铁锂电池梯级利用的效益不高。随着国家针对电池管理的技术标准出台,对电池的跟踪检测会逐渐普及,未来,梯级利用的空间将非常大。

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▲磷酸铁锂和三元动力电池特点比较

按照动力电池 3-5 年的寿命周期,2018 年报废的动力电池主要集中在 2013-2015 年,而 2020 年回收的电池集中在 2015-2018 年。这些电池中,磷酸铁锂电池的梯级利用存在一定的技术障碍。目前在政府的鼓励下,电池回收企业和铁塔公司一直在进行这方面的尝试。为了进行更好的对比, 我们设置了两种预测模式:第一是统一将报废电池全部回收再造;第二是三元电池回收再造和磷酸铁锂电池梯级利用。

1)统一拆解报废下的市场规模预测

在统一拆解报废回收情景下,磷酸铁锂、锰酸锂电池均按溶解回收金属来计算。磷酸铁锂电池中可回收的金属主要是锂,占正极材料的 4.43%。锰酸锂电池中锂的含量为 7.45%,此外,还有 58.5% 的锰金属。在三元电池中,可回收的金属材料价值更大,含 7.17%-7.26%的锂、6.05%-20.34%的钴、5.64%-18.97%的锰和 NCA 中 1.4%的铝。按照不同电池的能量密度,可以计算出 1KWh 电池中,各类金属的含量。

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▲不同类型动力电池正极材料中金属含量

根据全国汽车标准化技术委员会发布的《车用动力电池回收利用 材料回收要求》(征求意见稿), 镍、钴、锰综合回收率应不低于 98%,锂的回收率应不低于85%,其他主要元素回收率应不低于90%,铜、铁、铝元素的综合回收率应不低于 90%。2018 年已经达到要求水平,未来工艺改进将进一步提高回收率,2020 年锂钴镍锰铝的回收率分别为 90%、98%、98%、98%和 90%;到 2025 年,锂金属的回收率进一步提升达到 95%。

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▲2016-2025 年各类金属回收率假设

锂钴等金属受下游需求拉动影响,市场价格有了大幅度的上涨,我们取 2018 年初至今市场平均报价作为参考。锂金属 91.3 万元/吨、钴金属 60.26 万元/吨、硫酸镍 2.79 万元/吨、锰金属 1.44 万元/吨、铝金属 1.43 万元/吨,目前锂钴金属价格已经从高位回落,但仍处于高位,未来回收规模起来后对原材料形成很好的补充,降低对上游的依赖,因此锂钴等金属价格未来仍有可能下滑,为了便于计算,我们假设 2019-2025 年锂钴金属价格和当前价格持平。而高镍三元材料则会提升对镍的需求,从目前主流的 NCM523 到未来 NCM811 和 NCA,单位 Wh 电池对镍的使用量增加 60%,再加上出货量也在增长,未来镍的价格将受到需求端刺激而继续上涨,我们预计 2019-2025 年硫酸镍价格分别是 29000-35000 元/吨。通过计算,2018 年动力电池回收市场规模仅 10.1 亿元,2020年达到 46 亿元,而 2025 年则超过 330 亿元。因此,锂电回收市场将在 2020 年才会迎来一定的体量,然后进入规模化退役回收时期。

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▲动力电池回收规模(第 N 年=  第 N-3 年/3  +第 N-4 年/3  +第 N-5 年/3)

2) 三元电池拆解和磷酸铁锂梯次利用模式下市场规模预测

三元拆解+磷酸铁锂梯次利用双主线发展更符合价值最大化。磷酸铁锂电池由于具有较高的可循环寿命,在储能等领域有着重大的二次利用价值,因此,在动力电池回收市场成熟阶段,磷酸铁锂电池更倾向于梯次利用,三元动力电池则进行报废拆解。因此,对这两类电池的回收方式分开测算更显准确。

目前,磷酸铁锂电池梯次利用收入为 0.2 元/Wh,根据3.2 章节统计,2018-2020 年分别有4.75GWh、11.31GWh 和 16.38GWh 的磷酸铁锂电池退役,那么梯次利用规模分别达到 9.5 亿元、22.6 亿元和 32.8 亿元。三元电池拆解回收规模分别为 6.18 亿元、13.63 亿元和 31.61 亿元。2018-2020 年报废拆解和梯次利用合计市场规模分别为 15.7 亿元、36.3 亿元和 64.4 亿元。2025 年,合计市场规模超过 370 亿元。该模式下市场规模高于统一报废拆解模式,符合价值最大化的原则,未来必将成为主流模式。

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▲三元电池拆解和磷酸铁锂梯次利用模式下市场规模预测

考虑到目前梯次利用技术还不够成熟,磷酸铁锂电池尚不能大规模二次开发,预计仍以报废拆解为主。随着电池生产标准规范化,我们认为 2020 年是梯次利用关键节点,届时磷酸铁锂电池可实现大规模二次商业开发。因此,我们判断 2020 年前,动力电池以拆解回收为主,2020 年以后,三元电池拆解回收,磷酸铁锂电池梯次利用双主线模式发展。这种情况下,2018-2020 年动力电池回收规模分别为 10.1 亿元、23 亿元和 46 亿元,而 2025 年则超过 370 亿元,届时三元动力电池拆解回收规模占整个动力电池回收市场规模的 77.5%。

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▲2016-2025 年三元动力电池拆解回收和磷酸铁锂电池梯次利用总市场规模(百万元)

从回收体量上看,2020 年,三元动力电池领域可回收的金属总量达到 1.27 万吨,是 2018 年的 5 倍;2025 年总量飙升到 11.3 万吨,是 2018 年的 45 倍,复合增速达到 71%。2025 年回收的锂钴金属量分别达到 1.2 和 1.4 万吨。镍和锰金属的回收量明显高于锂钴金属,这和镍锰金属在三元电池中含量高相符合。未来高镍低钴电池比例将会明显提升,加大对镍金属的需求量,2025 年可回收的镍金属量达到了 5.6 万吨,占总回收量的 55%。

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▲2018-2025 年三元动力电池各类金属回收量预测(吨)

从回收价值上看,钴金属回收规模占比不断下滑,镍金属规模提升。未来高镍低钴的 NCM811 和NCA 电池占比提升,导致钴在电池中的含量在下降,镍含量提升。2018 年钴金属回收规模 2.6 亿元,占拆解回收规模的 45%;2020 年回收规模达到 11.7 亿元,但占比下滑到 39.8%;到 2025 年,钴的回收规模达到 71.8 亿元,但占比下滑到 27.7%。与之相反的是镍金属可回收规模和占比不断提升,从 2018 年的 1 亿元提升到 2025 年的 88 亿元,占比也从 2018 年的 17%提升到 34%。

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▲三元动力电池拆解回收规模及增速(百万元)

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▲2018-2025 年可回收金属规模比例变化

2025 年 70%循环自给,动力电池端降低对钴原材料的依赖。钴金属的回收利用对原材料的供应端起到一定的缓解作用。根据我们测算,理想情况下,2018 年我国动力电池对钴的消耗量约 6250吨,2020 年超过 1.2 万吨,到 2025 年消耗量达到 2.1 万吨。而动力电池端钴的回收量在 2018 年仅 460 吨,占比不足 10%;2020 年可回收量超过 2000 吨,占比超过 17%;到 2025 年,可回收钴金属量约 1.4 万吨,占比 65%。届时动力电池在钴金属的消耗上基本实现循环自给,大幅度降低了对钴的需求。

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▲2018-2025 年可回收的钴金属量占动力电池钴消耗比例趋势(吨)

3)不同回收情景下的市场规模预测

市场对动力电池回收的预测普遍基于电池 3 年报废,这一假设偏过于乐观。针对不同报废年限, 我们设置不同的回收情景,来验证报废年限对回收规模的影响。

情景 1:和市场假设一致,电池 3 年报废,即第 N 年回收容量=第 N-3 年装机量

情景 2:假设电池第 3 年报废 50%,第 4 年报废 50%,即第 N 年回收容量=(第 N-3 年装机量 + 第N-4 年装机量)x 50%

情景 3:假设第 3 年报废 1/3,第 4 年报废 1/3,第 5 年报废 1/3,即第 N 年回收容量=第 N-3 年装机量/3 + 第 N-4 年装机量 /3 +第 N-5 年装机量/3

情景 4:假设第 3 年报废 50%,第 4 年报废 30%,第 5 年报废 20%,即第 N 年回收容量=第 N-3年装机量 x 50% + 第 N-4 年装机量 x 30% +第 N-5 年装机量 x 20%

情景 5:假设第 3 年报废 20%,第 4 年报废 30%,第 5 年报废 50%,即第 N 年回收容量=第 N-3年装机量 x 20% + 第 N-4 年装机量 x 30% +第 N-5 年装机量 x 50%

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▲不同回收情景下市场规模比较(百万元)

在拆解和梯次利用双主线模式下,按情景 1,电池三年报废,2018 年规模 36.8 亿元,显著高于其他模式。考虑终端不同使用场景对电池的充放电频率有区别,我们认为这种模式不够准确反映终端使用情况,并且过于乐观。以 3-5 年为期限、每年报废三分之一是比较合理的情景。

4、动力电池报废拆解收益分析

对动力电池进行拆解利用的成本投入中,废旧电池作为原材料占比最高,此外,还有辅助材料、设备折旧、环境处理费和人员费用等,平均成本在 18600 元/吨左右。

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▲动力电池拆解回收成本构成

对于磷酸铁锂电池,由于对应的正极材料中仅含 4.4%的锂金属,平均每回收一吨磷酸铁锂电池, 仅获得 16 公斤锂金属量。而三元动力电池可获得的金属较多,以三元 NCM523 为例,处理一吨废旧电池可以获得 28 公斤锂、47 公斤钴、119 公斤镍和 66 公斤锰。

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▲回收一吨废旧电池获得的金属量

我们取 2018 年至今平均金属价格:锂 91.3 万/吨、钴 60.3 万/吨、硫酸镍 2.79 万元/吨、锰 1.44万元/吨、铝 1.43 万元/吨,其中锂和铝金属的回收率为 90%,钴镍锰的回收率为 98%,那么回收1 吨废旧动力电池的收益如下表 所示。可以看出,磷酸铁锂含金属量太少,回收收益较低,仅 1.3万元/吨,拆解回收的经济性较差,不具备回收价值。三元动力电池系列回收收益远高于平均回收成本,其中 NCM622 因含有较高比例的钴和镍金属,收益最高,约 7.4 万元/吨。最低的三元 NCM523
产品也有 6.7 万元/吨的回收效益。

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▲各种类型动力电池回收收益比较

智东西认为,首批上市的电动汽车已经开始进入置换期,锂离子电池大规模报废无可避免。无论是从环境保护还是资源最大化利用角度而言,动力电池回收利用都已是箭在弦上。想要将新能源汽车彻底打上“绿色环保”标签,迈过动力电池处置这道坎是必不可少的。虽然现在段动力电池回收产业在我国仍处于初级阶段,但在国家不断出台的密集政策的推动下,加上车企、电池回收企业等相关企业的努力和合作,相信不久的将来动力电池回收将很快发展成熟,让新能源汽车更加绿色环保。

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