报告链接:《中国废旧动力锂电池回收利用(再生+梯次)市场发展趋势与投资前景预测报告(2025版)》
(一)锂离子电池构成分析
锂离子电池(LIBs)1990 年由日本Sony 公司研发成功并实现商业化,目前已广泛应用于各领域,主要应用范围包括便携式电子产品、电动车和大规模储能领域。相比于镍镉、镍氢电池,锂离子电池主要优势包括比能量高、循环性能好、自放电小和无记忆效应等。锂离子电池主要结构包括电池壳和电芯,其中电芯包括正极、负极、隔膜、集流体和电解液。
正极:88-89wt.%正极活性材料、7-8wt.%乙炔黑导电剂和3-4wt.%有机粘合剂,均匀混合后涂布于10-20 微米的铝箔集流体上,即组成锂离子电池正极。常见正极活性材料包括磷酸铁锂( LiFePO4 , LFP )、钴酸锂( LiCoO2 , LCO )、镍钴锰三元材料(LiNixMnyCo1-x-yO2,NCM)、镍钴铝三元材料(LiNixCoyAl1-x-yO2,NCA)等。
负极:88-90wt.%的负极活性材料(石墨或近似石墨结构的碳)、4-5wt.%的乙炔黑导电剂和6-7wt.%有机粘结剂,均匀混合后涂布于7-15 微米的铜箔集流体上,即组成锂离子电池负极。
有机电解液:主要由电解质盐、有机溶剂和添加剂组成。电解质锂盐包括LiPF6、LiBF4等;有机溶剂包括酯类、醚类、砜类、腈类和硝基化合物等;添加剂按功能可分为SEI成膜添加剂、正极保护添加剂、锂盐稳定剂、过充过放保护剂和阻燃添加剂等。
隔膜:一种经特殊成型的高分子薄膜微孔结构,可以让锂离子自由通过,而电子不能通过。主要有聚烯烃隔膜(聚乙烯、聚丙烯等聚合物)、无纺布类隔膜(天然纤维、微纤化纤维素和纤维素类纳米纤维)和陶瓷复合隔膜等。
(二)废旧电池大规模退役催生电池回收行业蓬勃发展
中国是全球最大的锂离子电池生产与消费国,拥有完整产业链和一批具有国际竞争力和领导地位的电池头部企业。近年来国家政策持续支持新能源行业发展,新能源和储能呈快速增长趋势,带动锂电池行业同步快速扩张。根据GGII,2022 年国内锂离子电池出货量655GWh,同比+100.3%,其中动力电池是我国锂电池最大细分品类,2022 年占比73%。
作为新能源汽车的关键部件,动力电池装机量伴随新能源汽车销量同步增长。参考中国汽车工业协会,2022 年中国新能源汽车销量688.7 万辆,同比+95.6%;参考Frost &Sullivan,动力电池装机量294.6GWh,同比+90.7%。如按照2022-2025 年CAGR 29%,2025-2030 年CAGR 22%测算,则预计中国动力电池装机量2025 年可达632 GWh,2030 年可达1707 GWh。
当前动力电池的寿命约8-10 年,但对新能源汽车动力电池来说,当其电池容量衰减至额定容量的80%时,就不再满足使用要求,因此实际有效寿命约5-7 年。退役后的动力电池可直接回收,也可梯次利用在低性能要求的场景中。梯次利用适用于容量衰减至额定容量70-80%以下的动力电池,这类电池虽然不满足电动汽车的使用标准,但剩余电池容量仍能够满足其他设备的能源需求。对此类电池可实施拆解、筛分、重组,再系统集成为小型电池包,应用在一些对能量密度要求不高的领域,例如低速电动车(电动自行车、快递车等)、太阳能路灯、通信基站等。对于电池容量衰减超过40%的动力电池,则会进入拆解回收工序。由于磷酸铁锂电池平均循环寿命相对更长(4000 次),电池容量衰减方式为缓慢均匀衰减,因此更适用于梯次利用;而三元电池平均循环寿命相对较短(2000 次),稳定性较差,且含有镍钴锰等稀有金属,因此回收方式以拆解回收利用为主。
对于逐渐增长的报废动力锂电池市场,其回收的必要性主要体现在环境保护和经济性两方面。环境保护角度来看,锂离子电池含有多种重金属、有机和无机化合物等有毒有害物质,一旦泄漏进入土壤、水体和大气,就会造成严重污染;钴、镍、铜、铝、锰等金属还具有累积效应,通过食物链富集在人体,具有极大的危害性。因此需对废旧锂离子电池进行集中无害化处理,回收其中的金属材料,确保人类的健康和环境的可持续发展。此外,参考郝思越,张伟等的《废旧动力电池回收再生利用概况》,回收再利用废旧动力电池的原料可有效减少矿石原料碳排放的40%以上。经济性角度来看,废旧锂离子电池正极材料通常含有Li、Co、Ni 和Mn 等有价金属元素,其金属含量甚至高于一些天然矿石;从矿石中提炼有价金属需要较高的成本和能耗,从报废电池供回收这些金属不仅能获得高纯度产品,还可有效降低成本,产生可观的经济效益。