锂电池汽车销量的增长,带动了锂离子动力电池产业的发展。从原料锂矿、正负极材料、电解液、隔膜,再到动力电池回收,我国已经形成了较为完整的产业链,拥有一定的国际竞争力。随着动力电池陆续进入报废期,回收产业值得关注。
锂电企业将向锂矿资源地靠拢
锂电产业链上游由锂矿、钴矿、石墨矿等原材料构成,典型龙头企业有天齐锂业、中国中冶、格林美和赣锋锂业。
1.锂矿资源分布
全球锂矿资源分布较为集中,主要以液体矿床为主,约占总资源的78.3%,且近70%的储量分布在南美洲的“锂三角”地区。我国锂矿资源丰富,主要集中于西藏、青海、四川等西部地区;固体和盐湖锂矿资源储量位居全球第三,锂矿产量居全球第四,开发程度较低。而我国锂电企业分布于中东部,锂原材料依赖进口。目前我国锂矿资源和锂电企业分布形成分散化格局,锂矿资源开发不足,且锂电产业的供给基本由SQM、Albemarle、FMC三家卤水厂商和Talison矿石产商垄断。未来,国内锂矿资源开采利用将形成锂电企业不断向锂矿资源地靠拢的趋势,发展前景广阔。
2.锂矿市场前景
全球锂电供给格局呈现高度垄断态势,需求大于供给,价格不断上升,预计未来几年将继续攀升。随着锂矿开采技术的进步和规模的扩大,成本将有所降低,锂矿的利润空间较大。
我国成为锂电材料主要生产国
我国锂电正极材料的典型龙头企业有厦门钨业、北大先行、湖南瑞翔、湖南杉杉等;负极材料典型龙头企业有上海杉杉、江西紫宸、深圳斯诺等;电解液典型龙头企业有力神、江苏国泰、新宙邦等;隔膜典型龙头企业有星源材质、金辉高科、沧州明珠等;电芯及PACK封装典型龙头企业有比亚迪、力神、万向等。
1.正极材料
磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、钴酸锂、锰酸锂等是锂电的主要正极材料。三元材料、钴酸锂、锰酸锂性能较高,其中三元材料性价比最高,但磷酸铁锂技术最成熟,目前产品也以低端磷酸铁锂为主。主要正极材料性能对比见表1。
2.负极材料
碳系负极、钛酸锂、合金系负极等均可作为锂电负极材料,其中钛酸锂的各项性能最好但价格昂贵,石墨类负极性价比高,各项性能居中,中间相碳微球等高端新型材料在碳系材料中性能最好。根据统计,全球负极材料出货量中石墨系统占总负极材料出货量的90%,引领锂电负极材料主流市场。我国是全球负极材料的主要生产国,占比超过30%,居全球第二,近年产能过剩,出口量不断增加。主要负极材料性能对比见表2。
3.电解液
溶剂、溶质、添加剂经过配比形成电解液,其种类基本固定,变动性较小,其中溶质是电解液性能的主要决定因素。六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、六氟硼酸锂(LiBF6)、四氧氯化锂(LiClO4)和三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)等均可做溶质,导电性能为LiAsF6 > LiPF6 > LiClO4 > LiBF6> LiCF3SO3。LiAsF6的导电性能最好,但As含有剧毒,污染环境,故LiPF6成为锂电池电解液溶质的主流材料。
从整体趋势来看,LiPF6的价格呈现下降趋势,主要原因在于LiPF6已不再由日本垄断生产,其技术壁垒被突破。2016年后我国LiPF6的价格呈现上升趋势,这是因为国家政策倡导新材料新能源等可持续发展产业,新能源汽车等爆发式增长。LiPF6占电解液成本的43%,故电解液成本随着LiPF6价格的走高而不断上升。全球电解液产量不断增加,我国电解液产量居全球首位,但主要为低端的LiPF6电解液。
4.隔膜
低端隔膜材料较为固定,主要为聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)两种,占据隔膜主流市场,近年制造成本不断降低。国内隔膜行业逐渐呈现湿法隔膜扩产稍占上风,干法隔膜需求稳定的局面。目前,隔膜集中化效应逐渐显现。因锂电池隔膜相关材料的技术要求较高,致使高端隔膜技术壁垒高。
因市场需求较大,隔膜材料产量不断增加。2016年我国隔膜产量约占全球产量的50%,成为低端隔膜的主要生产国。
动力电池回收利用的几种模式
我国从2009年开始推广应用电动汽车,随着使用数量的快速上升,动力电池陆续开始进入大规模报废期。日前,工信部发布了《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》;此后,国务院办公厅又印发《生产者责任延伸制度推行方案》,倡导绿色制造,保护生态环境,其中对汽车生产和动力电池回收提出具体要求。
根据相关专业机构预测,到2020年和2023年,废旧动力蓄电池回收市场规模将进一步增长至136亿元和311亿元。结合汽车报废年限、动力电池寿命等因素,对电动汽车动力电池报废量进行了预测,到2025年我国电动汽车用动力电池年报废量或可达到35万吨的规模。
目前,专门进行动力电池回收企业有邦普集团、格林美、金泰阁、芳源环保、江门市长优实业有限公司等。梯次利用方面,国家电网、中国电科院、北汽新能源、普莱德等进行了梯次利用、商业储能等示范。
针对废旧动力电池回收的需求,目前代表性的主要有邦普公司的定向循环工艺和格林美公司社会集散与企业收购相结合的模式。
①定向循环工艺:产品—废弃物—再生资源—原产品
该公艺以邦普为代表。首先通过物理拆解得到电池单体,之后切割得到外壳、电芯;然后对电芯部分采用球磨、破碎、热解、浸出等预处理工艺得到镍、钴、锰、锂的精料溶液;再经特制萃取剂萃取,将锂离子萃出。剩余镍钴锰通过化工盐和煅烧等手段制备镍钴锰酸锂三元材料。
此种镍钴锰综合回收率达98.5%,经济性显著。
②动力电池材料再合成工艺:机械拆解—粉碎分选—分别处理—材料修复—电池再制造
该工艺以中科院过程所、中南大学、哈工大为代表以中南大学为例,在自动化程度较高的情况下,废旧电池壳体分解为电解液、隔膜、铜粉、铝粉、正极废粉、负极废粉。其中,电解液以混合溶液形式回收,正负极材料进行材料修复,最终重新修复为电池可用的材料。
回收率方面估算:铝合金外壳、铜块、铜粉、橡胶、废塑料、不锈钢都有95%及以上的回收率,磷酸铁锂、铝粉、石墨的回收率也可达90%~93%。
经济性方面估算:毛利率33.4%,净利率25%
另外,格林美对电池等含镍钴废弃物采用向社会集散采集收购和向企业收购相结合的回收模式。
区域布点:培育个体收购商—建立废旧电池回收体系
企业收购模式:废料搜集—深度循环—深加工。