前文中咱们现已提到了动力电池收回的巨大空间,这篇首要讲电池收回意图和技能道路。
之所以要对动力电池进行收回,首要由两部分驱动:一是环保性,二是经济性。
电池中含多种有害物质,随意抛弃将对生态发作巨大影响。
很多的退役电池将对环境带来潜在的要挟,尤其是动力电池中的重金属、电解质、溶剂及各类有机物辅料,假如不经合理处置而抛弃,将对土壤、水等构成巨大损害且修正进程时间长、本钱昂扬,因而收回需求火急。
锂电池里边一般含有的物质如下表格,依据2011版美国有害物质列表数据,Ni、Co、磷化物得分超越1000,被认为是高危物质。假如废旧锂离子电池采纳一般的垃圾处理办法(包含填埋、焚烧、堆肥等),其间的钴、镍、锂、锰等金属以及无机、有机化合物必将对大气、水、土壤构成严峻的污染,具有极大的损害性。
废旧锂离子电池中的物质假如进入生态,可构成重金属镍、钴污染(包含砷),氟污染,有机物污染,粉尘和酸碱污染。废旧锂离子电池的电解质及其转化产品,如LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、HF、P2O5等,溶剂及其分化和水解产品,如DME、甲醇、甲 酸等,都是有毒有害物质,可构成人身损伤,乃至逝世。
电池资料收回的经济价值,首要则在于资料再生价值和能量价值再发掘。
这包含了三个方面: 1、锂电池在高端用电器上退役今后,仍然能够满意部分低端用电器的需求,一般是电动玩具、储能设备等,收回后的梯次运用能够赋予锂电池更多的价值,特别是退役动力锂电池; 2、即便电学功能无法满意更深层次的运用,但其间所含有的Li、Co、Cu等相对稀有的金属仍然具有再生价值; 3、由于部分金属复原耗能与金属再生能量存在巨大差异,如Al、Ni、Fe,导致金属收回具有能耗上的经济价值。
不同类型锂电池含有不同品种金属及其份额,1吨传统消费类的钴酸锂电池中对应约170公斤钴金属,而在铜、铝、锂方面,含量大都类似。因而,全体来看钴酸锂电池的收回价值将大于其他类别,如磷酸铁锂电池和三元锂电池。
电芯在动力电池本钱中占比到达36%,若扣除毛利则电芯占比高达49%;在消费类电池中电芯本钱占比更高。而在电芯中,富含镍钴锰等金属元素的正极资料的本钱占到了45%。
现在,资源化收回进程包含预处理和后续处理两个阶段。
预处理是将废旧锂电池放入食盐水中放电,除掉电池的外包装,去除金属钢壳得到里边的电芯。
电芯由负极、正极、隔阂和电解液组成。负极附着在铜箔外表,正极附着在铝箔外表,隔阂为有机聚合物;电解液附着在正、负极的外表,为LiPF6的有机碳酸酯溶液。
后续处理环节是对拆解后的各类废猜中的高价值组分进行收回,翻开电池资料再造或修正,技能办法可分为三大类:干法收回技能、湿法收回技能和生物收回技能。
干法收回技能是指不经过溶液等前言,直接完成各类电池资料或有价金属的收回技能办法,首要包含机械分选法和高温分热解法。
干法热修正技能可对干法收回得到的粗产品进行高温热修正,但产出的正、负极资料含有必定杂质,功能无法满意新能源轿车动力电池的要求,多用于储能或小动力电池等场景,合适磷酸铁锂电池。
火法冶金,又称焚烧法或干法冶金,是经过高温焚烧去除电极资猜中的有机粘结剂,一起使其间的金属及其化合物发作氧化复原反响,以冷凝的方法收回低沸点的金属及其化合物,对炉渣中的金属选用筛分、热解、磁选或化学办法等进行收回。火法冶金对质料的组分要求不高,合适大规模处理较杂乱的电池,但焚烧必定会发作部分废气污染环境,且高温处理对设备的要求也较高,一起还需求添加净化收回设备等,处理本钱较高。
湿法收回技能是以各种酸碱性溶液为搬运前言,将金属离子从电极资猜中搬运到浸出液中,再经过离子交换、沉积、吸附等手法,将金属离子以盐、氧化物等方法从溶液中提取出来,首要包含湿法冶金、化学萃取以及离子交换等三种办法。
湿法收回技能工艺相对比较杂乱,但该技能对锂、钴、镍等有价金属的收回率较高;得到的金属盐、氧化物等产品,高纯度能够到达出产动力电池资料的质量要求,合适三元电池,也是国内外技能抢先收回企业所选用的首要收回办法。
生物收回技能首要是运用微生物浸出,将体系的有用组分转化为可溶化合物并挑选性地溶解出来,完成目标组分与杂质组分别离,终究收回锂、钴、镍等有价金属。现在生物收回技能没有老练,如高效菌种的培育、培育周期过长、浸出条件的操控等关键问题仍有待处理。
当时收回功率更高也相对老练的湿法收回工艺正日渐成为专业化处理阶段的干流技能道路;格林美、邦普集团等国内抢先企业,以及AEA、IME等世界龙头企业,大多选用了湿法技能道路作为锂、钴、镍等有价金属资源收回的首要技能。
湿法技能进行有价金属收回后再造得到的正极资料,其比容量这一关键功能指标均优于干法技能修正后得到的正极资料。
关于三元电池来说,相较于磷酸铁锂,它的电池寿数较短,三元资料电池80%循环寿数仅为800-2000次,且安全性存在必定危险,不适宜用于储能电站、通讯基站后备电源等运用环境杂乱的梯次运用范畴。
但三元动力电池由于含有镍钴锰等稀有金属,经过拆解提取其间的锂、钴、镍、锰、铜、铝、石墨、隔阂等资料,理论上能完成每吨大约4.29万元的经济收益,具有经济可行性。
以三元523电池为例,每吨三元电池镍、钴、锰、锂含量约为96、48、32、19千克,现在市场上镍、钴、锰的均匀收回率能够到达95%以上,锂的收回率在70%左右,金属锂、钴、电解镍和电解锰的市场价格分别为90万元/吨、48万元/吨、10万元/吨和1.7万元/吨。
动力电池收回出产出来的硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰等金属盐,可持续加工处理出产出三元前驱体,具有显着的增值空间。
以硫酸镍的出产为例,经过废旧动力电池收回处理每吨镍的本钱在4万元以下,而直接经过镍矿出产的本钱在6万元以上。经过资源化收回取得金属质料的本钱低于直接从矿藏开发的本钱,三元电池的资源化收回具有下降本钱的含义。
考虑到三元电池收回企业在拆解贵金属后以硫酸盐的形状再出售给下流企业,出价格格应该低于纯金属形状的市场价格,因而假定按市价70%的比率折价出售,则三元电池的拆解收益为34000元/吨,因而到2023年仅三元电池的拆解市场规模预期可达54.1亿元。
本钱费用方面,三元电池收回本钱首要由出产本钱、各类费用和税费构成。
其间,出产(本钱大略预算)的构成首要有:
资料本钱(废旧电池、液氮、水、酸碱试剂、萃取剂、沉积剂等)20000元/吨;
燃料及动力本钱(电能、天然气、汽油耗费等)650元/吨;
环境办理本钱(废气、废水净化以及废渣、灰烬处理)550元/吨;
设备本钱(设备维护费、折旧费)500元/吨;
人工本钱(操作、技能、运送人员等薪酬)400元/吨。
分摊的办理人员薪酬等办理费用和出售人员、包装等出售费用约400元/吨;增值税、所得税4000元/吨。 则三元电池的拆解本钱算计为26500元/吨,按上述收益34000元/吨核算,拆解赢利为7500元/吨,从上表也能够看出2023年对应净赢利空间料将超10亿元。
经过质料收回,镍钴锰等金属元素可完成95%以上的收回率,经济效益明显。经由资源化收回,能够出产出镍、钴、锰及锂盐,乃至进一步产出三元正极资料及前驱体,直接用于锂电池电芯制作,具有构建产业链闭环的重大含义。
磷酸铁锂电池:梯次运用百亿市场潜力巨大
而关于磷酸铁锂电池来说,就拆解收回而言,现在运用最广泛的湿法收回磷酸铁锂电池的本钱为8500元/吨左右,而贵金属再生资料收益仅为8100元左右,因而拆借亏本约400元/吨。
因而,磷酸铁锂电池的收回首要不是经过拆解而是经过梯次运用。梯次运用可充分发挥其剩余价值,完成循环经济最大化,下降储能体系的建造本钱。
梯次运用的循环体系
梯次运用指退役动力电池经过测验、挑选、重组等环节,再次用于低速电动车、备用电源、电力储能等运转工况相对杰出、对电池功能要求较低的范畴。
现在梯次运用的首要范畴仍在储能和调峰。
而梯次运用流程首先是对退役动力电池的挑选,2014年后投运的动力电池保存估计能够梯级运用份额可达60%-70%。
然后是组串式运用,将每辆电动车上拆下来的一套动力电池组作为独自的单元,配以中小功率的储能逆变器,构成一个根本的储能单元,再将多个储能根本单元集成在一起构成中大型储能功率体系。
第三是充放电办理,现在的“削峰填谷”项目,以我国铁塔为例,其铁塔备电、削峰填谷站等储藏电量需求约8800kWh(现在首要运用寿数短、能量密度低、价格低的铅酸电池),而跟着环保、功率等要求之下,对铅酸电池的代替料将为动力电池梯次运用翻开巨大的需求缺口。
现在以PACK(电池包,即多级串并联电池构成模组)+BMS(电池办理体系)为主的梯次运用技能是较为干流的挑选。
PACK工序分为加工、组装、包装三大部分,其间心是将多个单一的电芯经过机械结构串联和并联起来构成电池包。
具体操作进程中由于需求考虑整个电池包的机械强度、体系匹配等问题,需求触及热办理、电流操控与检测、模组组装规划以及核算机虚拟开发等很多的老练技能彼此穿插协作,是梯次运用进程中的高门槛环节。
BMS电池办理体系的首要功能是智能化办理及维护各个电池单元,避免电池呈现过充电和过放电,并实时监控电池情况,然后起到维护电池运用寿数的效果。
BMS是办理体系、操控、显现、通讯、信息收集模组的调集,起到了联接整车、电池和整个电池体系的枢纽效果,关于电池厂商而言,BMS表现了厂商的中心技能竞争力,而关于动力电池梯次运用而言,BMS则决议了再运用电池的适用范围、寿数和全体价值。
狭义的梯次运用仅指电池的重组再运用,而当时磷酸铁锂电池的梯次运用收回运用体系现已构成,其内在现已成为围绕着可运用资源翻开的全周期、多层次的运用。
当车辆进入作废期后(一般车的运用寿数比电池长),将阅历:
(1)高功能电池挑选:车企、轿车拆解厂和部分收回企业会将作废电池中一致性较高、功能相对较好的电池经过检测等方法挑选出来,配组或托付其他企业配组为电池组,进而出售给下流以我国铁塔为代表的梯次运用企业。
(2)拆解:关于情况较差、没有直接运用价值的电池,大都会归集到第三方收回企业手中,收回企业运用物理法或湿法进行拆解再运用,将其间的铜、铝、隔阂等原资料提取并直接出售,磷酸铁锂电池的正极资料粉、负极资料粉将进入修正阶段。
(3)修正:修正的意图是为了将磷酸铁锂的资料粉进一步提纯,以取得更高的价格。一起,梯次运用后退役的电池将相同接纳拆解/修正等流程,完成多维度的层层运用。
整个循环流程中,一般的收回企业有三个盈余点,即
(1)出售初度挑选情况较好、能够直接梯次运用的电池;
(2)出售拆解后的原资料;
(3)出售修正过的正/负极资料。
但现在梯次运用由于技能和商业化两方面问题。从技能视点来看,由于动力电池一致性较差、寿数纷歧,BMS体系的数据将会和电池实践情况发作违背,然后使进行梯次运用进程中面对安全、产品质量等方面的应战。
从商业化视点来看,一方面现在梯次运用的产品规范化程度相对较低,另一方面由于电池类型纷歧,配组时需求的电池量基数将很大,则挑选、配组和加工本钱仍相对较高,只要少量技能老练的企业才干获取经济效益。
尽管如此,现在现已有多家行业龙头与我国铁塔等下流运用企业达成了研讨和运用的战略协作协议,跟着动力电池各类规范的不断出台和施行,电池的一致性将大幅进步,而严密的协作关系将使梯次运用的运用问题在未来方便的解决。 从经济性方面考量,经过测算磷酸铁锂电池的梯次运用空间。
假定运用PACK+BMS技能进行梯次运用,PACK的本钱大约在0.3元/Wh,BMS本钱在0.1元/Wh,废旧磷酸铁锂电池收回本钱在0.05元/Wh,磷酸铁锂电池梯次运用本钱算计约为0.45元/Wh,梯次运用的收益为0.6元/Wh。 假定磷酸铁锂电池的能量密度为110Wh/kg,收回废旧电池的能量衰减至70%,梯次运用的收益空间有望在2023年超越50亿元。
不管是梯级运用,仍是拆解,咱们都能够看到了一个新的蓝海,在未来几年会逐渐翻开,捉住这个机会的人,必定能够会有不少斩获。