動力電池回收產業深度拆解！370億藍海，後年爆發【附下載】| 智東西內參
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我國推廣新能源汽車的力度空前，自 2009 年至 2017 年底，新能源汽車保有量已經超過 170 萬輛。新能源汽車的核心是動力電池，按照不同的使用場景，電池的壽命在 3-5 年，因此，未來將有大量動力電池報廢下來，對動力電池進行回收利用，不僅符合新能源汽車綠色環保的定位，而且有利於對鋰鈷等資源的迴圈利用，降低對自然資源的依賴，意義重大。
在動力電池 3-5 年壽命限制下，2013-2015 年的電池已經達到報廢標準，並在今年釋放出一波體量，隨後每年將會有更多電池報廢下來，從而給鋰電回收市場帶來源源不斷的增量。根據我們測算，鋰電回收市場將在 2020 年才會迎來較大規模，而且以拆解回收為主，屆時國內動力電池回收規模將達到 46 億元。2025 年，回收市場規模將達到 370 億元，屆時三元拆解回收，磷酸鐵鋰梯次利用雙主線進行。在巨大的市場增量面前，鋰電回收企業將充分享受藍海機遇。
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一、為什麼要回收動力電池
我國推廣新能源汽車的力度空前，自 2009 年至 2017 年底，新能源汽車保有量已經超過 170 萬輛。新能源汽車的核心是動力電池，按照不同的使用場景，電池的壽命在 3-5 年，因此，未來將有大量動力電池報廢下來，對動力電池進行回收利用，不僅符合新能源汽車綠色環保的定位，而且有利於對鋰鈷等資源的迴圈利用，降低對自然資源的依賴，意義重大。
1、資源有限、迴圈無限
動力電池主要由四部分組成：正極、負極、電解液以及隔膜，另外還有一部分是外殼材料和粘接劑。其中正極是動力電池的核心部件，一般對於動力電池的分類就是按照正極材料的組成進行的分類。目前主流的動力電池正極材料是磷酸鐵鋰和三元材料，兩者合計佔比超過 95%。另外還有少部分的錳酸鋰和鈷酸鋰，佔比只有 5%左右。三元電池更符合未來對電池能量密度的要求，2017 年三元動力電池裝機量已經接近磷酸鐵鋰電池，2018 年上半年三元超過磷酸鐵鋰，預計到 2025 年， 三元電池佔比將超過 75%，成為最主要的新能源汽車動力電池。
鋰金屬是製造動力電池的重要原材料。目前我國對鋰的需求中有 70%依賴進口。我國的鋰礦資源主要分佈在四川、青海和西藏三個省份，尤其青海和西藏地區，生態環境脆弱而且交通運輸能力有限，遠離需求地區，短時間內大規模開採利用的可能性極低，自有產能無法滿足國內動力電池的激增的需求，我國對於進口鋰電池原材料的需求會逐年增加。鋰的價格也隨著新能源汽車需求的爆發而大幅度上漲，供給端產能釋放導致價格回落，但仍處於高位。
▲中國和全球鋰礦產量對比（萬噸）
▲我國鋰金屬價格走勢（元/噸）
動力電池中另一個重要的元素鈷也是稀缺資源。我國鈷儲量基礎約 8 萬噸，資源量 56.6 萬噸，品位低，鈷資源十分匱乏，進口依賴度高達 90%。全球鈷儲量約 710 萬噸，主要集中在剛果(金)、澳大利亞、古巴、新喀里多尼亞、尚比亞和俄羅斯，中國僅佔 1%。剛果（金）的鈷儲量為 340 萬噸，佔全球鈷儲量的 48%，居世界第一位，但由於剛果（金）地區政局不穩定，使得全球的鈷供應具有了一定的不確定性。鈷原料經過轟烈的漲價行情後，逐漸回落，目前長江鈷報價 47 萬元/ 噸。
▲全球鈷礦分佈
▲長江有色市場:平均價:鈷:1#（元/噸）
退役三元電池的正極材料經過加工提純可再次用於三元前驅體的製造，部分滿足未來對於動力電池製造的需求，減少對於國外原材料進口的依賴，幫助企業控制原材料成本上漲帶來的不利影響。2018 年作為動力電池回收的元年，預計回收的材料摺合成金屬量佔全年需求的 8%左右，而到 2025 年，我們測算回收的鈷金屬量能夠佔到當年需求的 70%。也就是說未來隨著動力電池大規模退役。， 通過回收可以很好的滿足鋰電材料環節對原材料需求的一半以上。通過對電池材料迴圈利用，可以很好的解決我國相關原材料資源短缺的問題。
動力電池的回收目前主要集中在正極材料的回收上，尤其是三元材料正極，目前回收主要集中在鋰、鈷、鎳、錳等有價金屬。對於動力電池的其他部分，電解液可能是未來回收的一大重點，目前已經有高純度回收電解液的方法，就是使用超臨界 CO2 回收，採用這一方法的優勢在於產品純度較高， 但是對回收企業技術要求較高，目前國內回收電解液的企業較少。隔膜屬於高分子材料，使用一段時間後會有老化的問題，壽命有期限，回收價值不大。負極的石墨會有鋰離子嵌入，改變了負極結構，回收後的負極不能直接利用，而且石墨價格並不高，回收的經濟價值不大。外殼部分的主要材料是鋁合金等金屬材料，在拆解或者破碎環節可以直接回收，而且回收純度高。
▲各類動力電池中鋰鈷等金屬含量
2、符合節能環保理念
十九大召開以來，國家對於生態文明建設重視程度加深，環保督查嚴格執行，問題企業強制停產整改，重點汙染企業排放監測，環境資源部嚴格落實綠水青山就是金山銀山理念，環保力度加大。而動力鋰電池中存在的重金屬元素和其他對環境有害的汙染物是電池退役後面臨的主要環境問題。動力電池的主要汙染物包括銅鎳鈷錳等金屬元素、六氟磷酸鋰遇水產生的氫氟酸、有機溶劑以及其他塑料等白色汙染物。
鈷鎳錳元素都有一定的生物學毒性，隨意丟棄會汙染土壤和水源。鈷元素是人體必需的一種微量元素，但過量鈷會引起紅細胞增生；錳慢性中毒導致永續性的精神、認知、運動功能損害；膠體鎳或氯化鎳毒性較大，可引起中樞性迴圈和呼吸紊亂，使心肌、腦、肺和腎出現水腫、出血和變性。如果動力電池沒有得到妥善的回收處理而隨意丟棄到環境中，這些化學元素最終會通過食物鏈和生物富集效應，最終彙集到人的體內，出現各種中毒症狀，威脅人類的身體健康。
動力電池材料中另一個主要的汙染源來自於電解液。目前的動力電池使用的是液態電解液，其中有機溶劑如果不經過任何處理直接排放到環境中同樣會造成汙染；溶劑目前採用的比較多的就是六氟磷酸鋰，六氟磷酸鋰遇水產生氫氟酸，有劇毒而且腐蝕性很強，對於環境也會造成極大的汙染。而其他部分，諸如外殼材料和隔膜一般是高分子塑料製品，會產生白色垃圾。
因此回收動力鋰電池具有極強的環保意義，符合當今打造藍天白雲、碧水青山的環保大方向。
▲鋰離子電池組分的化學特性和潛在環境汙染
3、國家高度重視，政策密集出臺
國家在新能源汽車產業形成的初期，就已經認識到動力電池報廢的相關問題，不斷出臺動力電池回收政策，完善回收體系建設。隨著動力電池報廢高峰來臨，近期政策更是接連出臺，表明了國家對於動力電池回收問題的高度重視，也為我國動力電池行業長期穩定的發展提供了政策支援。
在動力電池回收領域落實生產者責任延伸制度，是構建廢舊電池回收網路的重要環節。2016 年 12 月，工信部發布《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》（徵求意見稿），明確了汽車生產企業承擔動力蓄電池回收利用主體責任。2018 年 1 月工信部等 7 部委釋出《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，要求汽車生產企業應建立動力蓄電池回收渠道，負責回收新能源汽車使用及報廢后產生的廢舊動力蓄電池。鼓勵汽車生產企業、電池生產企業、報廢汽車回收拆解企業與綜合利用企業等通過多種形式，合作共建、共用廢舊動力蓄電池回收渠道。通知還提出，鼓勵社會資本發起設立產業基金，研究探索動力蓄電池殘值交易等市場化模式。
▲動力電池回收產業政策和行業規範
電池溯源管理確保動力電池來有源，去有蹤，環節可控。2018 年 7 月 3 日，工信部發布了《新能源汽力蓄電池回收利用溯源管理暫行規定》，要求建立溯源管理平臺，對動力蓄電池生產、銷售、使用、報廢、回收、利用等全過程進行資訊採集，對各環節主體履行回收利用責任情況實施監測。目前動力電池溯源管理平臺正式執行，過渡期一年。
▲動力電池溯源管理綜合平臺-回收利用管理模組
規定對電池生產企業、汽車生產企業、回收拆解企業、梯次利用企業和再生利用企業等各主體的承擔工作做了明確劃分，保障電池從出廠給車企，到終端消費者，再到回收拆解等各環節都有跡可循， 全生命週期動態監測也降低了回收拆解利用過程的難度。
▲動力電池溯源管理規定對參與主體的要求
地方政府發揮著重要的鼓勵引導作用。除了國家政策的引導以外，部分大力推廣新能源動力汽車的城市也制定了相關的補貼政策和辦法幫助建立完善的回收體系。如上海市在 2014 年就頒佈補貼政策，對於回收廢舊動力電池的車企，每套廢舊電池補貼 1000 元。深圳要求整車企業按 20 元/KWh 計提動力電池回收處理資金，同時地方政府給予不超過 50%比例的補貼。
▲部分城市動力電池回收補貼政策
二、打造動力電池完整閉環
1、回收環節為動力電池產業鏈畫上完整閉環
回收為動力電池產業鏈補上最後一環。動力電池產業鏈上游是正負極材料、電解液和隔膜等材料， 這些材料的製備流程包括鋰鈷礦的冶煉，鈷鹽等中間產品的生產和前驅體、石墨、六氟磷酸鋰等材料的加工，下游是新能源汽車行業。通過對動力電池進行回收，可以獲得除了隔膜、負極以外的大部分材料，實現資源迴圈利用。
從動力電池回收環節看，上下游產業鏈延伸到新能源汽車產業鏈和儲能領域。上游以新能源汽車企業為主體，包括了新能源汽車售後服務網點、電池租賃企業以及回收服務網點；下游則以梯次利用企業和鋰電材料生產企業為主體。形成動力電池回收重要閉環的環節既是本行的前端，同時也是本行業的後端，他們由整車廠商、汽車經銷商和消費者組成。全新電池經過電池企業、整車企業、汽車經銷商，最後流入到消費者手中，消費者將報廢的電池通過售後服務網點和電池租賃企業更換新電池，同時由售後網點、電池租賃企業收集廢舊電池，轉交給回收服務網點和廢舊電池綜合利用企業，通過綜合利用企業生成可再利用產品。流向梯次利用企業的電池在報廢后又回到綜合利用企業做再生資源利用，這些再生資源流向電池生產企業再做成新的電池，進而流向整車企業，形成一個閉環。
▲鋰電回收為動力電池產業鏈構建了完整閉環
▲廢舊動力電池回收產業鏈及電池流向
在上述環節中，梯次利用企業和鋰電材料生產企業發揮著重要的作用。梯次利用企業將廢舊動力電池的剩餘壽命在儲能等領域進行二次利用，繼續發揮剩餘價值，拓展了動力電池壽命週期；而鋰電材料生產企業接納綜合回收利用企業的再生產品，主要是電池的前驅體，如硫酸鈷、硫酸鎳、硫酸錳、碳酸鋰、氫氧化鋰等原材料，保證回收來的資源再次迴流到動力電池產業鏈中。
2、報廢拆解和梯次利用雙主線發展
動力電池的回收利用主要包括兩種方法：梯次利用和資源再生。
由於動力電池對容量要求較高，當電池容量退化到 70%~80%時，已經不能滿足新能源汽車的需求， 必須更換新的動力電池。但是這些電池仍有比較大的利用空間，通過對其進行拆解分揀重新組合， 應用到光伏電站、微電網等大型用電領域，或者通過將動力電池小型化，裝配到 UPS 電源、低速代步車、電動自行車和家用充放電系統中。梯次利用不僅能充分發揮退役電池的剩餘壽命，而且從商業模式上進一步降低電池成本。對於磷酸鐵鋰電池，由於含有的高價金屬材料比例低，拆解回收經濟性較差。我們測算理想狀態下，回收一噸磷酸鐵鋰電池僅能創造 1.3 萬元的收入，不足以覆蓋回收成本。同時考慮到磷酸鐵鋰電池的可迴圈次數較高，比較適合採用梯次利用的方式以充分利用其剩餘容量。
資源再生是指退役的動力電池首先經過拆解破碎，再通過化學、物理或者生物過程得到高純鋰鹽和其他前驅體材料的過程。三元動力電池中含有大量鋰鈷鎳錳金屬，回收收益較高，同時三元動力電池迴圈次數較低，梯次利用價值不大，更適合直接進行報廢回收。
目前政策引導是鼓勵先梯次利用、再拆解回收，以充分發揮廢舊電池的經濟效益。但是，受制於電池均一性和成本影響，目前梯次利用的量比較小，據 GGII 統計，2017 年全國梯次利用和拆解報廢的鋰電池(含數碼鋰電)共 8.3 萬噸，其中電池拆解佔比 95%。
▲動力電池兩種回收利用方式
目前擺在梯次利用面前的有兩個技術問題，離散整合技術和壽命檢測技術。動力電池發展至今，不同廠商電池的一致性較低，這對梯次利用造成了很大障礙。同時，電池的容量、電壓、內阻等在梯級利用時，會在很少的迴圈次數下形成斷崖式下跌，對後期使用維護造成極大困難。整體來看，梯次利用的投入成本仍高於採購新電池的成本，因此目前國內的退役動力電池梯次利用仍處在試點階段。
中國鐵塔是大型儲能裝置的最大使用者，配置需求足夠容納退役動力電池二次利用。鐵塔目前在全國範圍內擁有 180 萬座基站，備電需要電池約 54GWh；60 萬座削峰填谷站需要電池約 44GWh；50 萬座新能源站需要電池約48GWh。合計需要電池約146GWh。以存量站電池6 年的更換週期計算， 每年需要電池約 22.6GWh；以每年新建基站 10 萬個計算，預計新增電站需要電池約 2.4GWh。合計每年共需要電池約 25GWh。龐大的基站、儲能佈局足夠承接退役磷酸鐵鋰動力電池規模。
政府鼓勵電池企業和車企與鐵塔合作，開展動力電池梯次利用試點。目前鐵塔已經建立了 57 個試點基站，執行狀況良好。2017 年，中國鐵塔進一步擴大試點規模，在五個省建立了總計 0.3GWh的梯次利用基站，2018 年 1 月中國鐵塔還與桑德集團等 16 家企業簽訂新能源汽車動力電池回收利用戰略合作伙伴協議。2018 年 7 月 25 日，工信部等七部門聯合釋出《關於做好新能源汽車動力蓄電池回收利用試點工作的通知》，擴大梯次利用試點範圍，以 17 個省市和地區（包括京津冀地區、山西省、上海市、江蘇省、浙江省、安徽省、江西省、河南省、湖北省、湖南省、廣東省、廣西壯族自治區、四川省、甘肅省、青海省、寧波市、廈門市） 以及中國鐵塔股份有限公司為試點， 做好新能源汽車動力蓄電池回收利用試點工作。
▲國內梯次利用的試點專案
相比於中國的電動汽車，國外發達國家在動力汽車的產業上起步較早，比我國更早面臨退役動力電池的回收問題，國外在動力電池回收上的做法對我們有一定的借鑑作用。從國外的經驗來看，德國的博世集團利用寶馬的 ActiveE 和 i3 純電動車報廢的電池建造了 2MW/2MWh 的大型官府電站儲能專案，相比於在大型儲能系統上開展應用需要考慮的電池一致性問題，在個人領域上的應用對一致性的要求就比較低。國外車企在這方面已經成立了有關公司開展相應的業務，4R Energy 公司是日產汽車與住友商事株式會社在2010 合資成立的，致力於實現日產聆風的鋰電池二次商業化利用。公司回收日本和美國市場中聆風汽車的廢舊電池用於住宅及商用的儲能裝置，目前已經推出兩款儲能電池產品。以外，ABB 和日產聆風合作處理退役電池，特斯拉的 Powerwall 專案。
▲國外梯次利用專案
報廢的三元材料電池由於含有較多的高價值金屬，一般採用直接報廢拆解的方式。動力電池報廢拆解的流程是：放電、拆解電池系統、拆解電池模組、電池包處理和材料提純，從而實現從廢舊動力電池系統向可再次利用的高純鋰鹽和高純過渡金屬的轉變。鋰電回收的核心環節在於電池包處理和材料提取，在這兩個環節採用物理、化學或者生物的方法，將廢舊動力電池中的金屬元素提純，生產可再次利用的動力電池所需的原材料。
▲動力電池拆解再生利用的流程
動力電池的拆解回收目前主要集中在對正極材料的回收上，回收方法有幹法回收、溼法回收和生物回收技術。
幹法回收主要是指使用機械分選法和高溫熱解法直接實現各類電池材料或者有價金屬的回收，但是確定也比較明顯，容易造成二次汙染而且能耗高，不符合國家節能減排的環保政策。
溼法冶金方法是對鋰電池進行破碎分選一溶解浸出一分離回收的處理過程。這一方法的優勢就是產品純度高，化學反應選擇多，對操作和裝置要求低，但是缺點是反應速度慢，工藝複雜、成本偏高。
生物回收技術主要是利用微生物浸出，將體系的有用組分轉化為可溶化合物並選擇性地溶解出來, 實現目標組分與雜質組分分高，最終回收鋰、鈷、鎳等有價金屬，但是目前微生物菌類培養困難， 浸出環境要求高。
▲正極回收的三種方法
具體採用哪種方法，根據電池種類不同，會有不同的工藝流程，但是值得注意的是，任何工藝，每一步、每一個細節，如果處理不當，都可能會涉及電池安全和處理中的二次汙染問題。國外部分企業目前已經實現了工業化處理廢舊動力電池，它們採用不同的技術手段，回收的材料以鋰鈷鎳等金屬為主。我國動力電池回收企業如格林美、邦普迴圈等在資源再生領域深耕多年，工藝水平已經達到國際水準。其中格林美是全球最大鈷粉製造企業，超細鈷粉國際、國內市場佔有率分別達到 20%、50%以上，超細鎳粉成為世界三大鎳粉品牌之一；邦普迴圈綜合回收率達到 98.58%，國內第一。
▲國外實現工業化生產的主要廢舊電池回收企業
▲我國代表企業回收工藝情況
3、 商業模式探索：建立回收渠道+拆解中心行業大聯盟
目前廢舊動力電池回收來源主要有三個方面：第一是動力電池廠商生產出的次品和整車企業在裝備 過程中產生的次品，這兩類電池不經過消費者直接從動力電池廠商和整車廠商回收到綜合利用企業。第二種是從整車廠商經過經銷商到達消費者手中，當消費者手中的電池退役後，通過汽車售後服務 更換動力電池或者汽車報廢后交給報廢處理企業，經過這兩種渠道回收廢舊電池。第三種通過電池 租賃企業更換廢舊電池，由電池租賃業負責回收廢舊電池。
鋰電回收行業的參與者主要有動力電池與整車廠設立的回收企業和專業的第三方綜合利用回收企 業。前者主要有比亞迪、寧德時代、國軒高科、比克電池、中航鋰電、雄韜電源、北汽新能源等， 是動力電池回收的主要責任承擔著。他們負責回收渠道的搭建，掌握著退役鋰電池資源，在退役電池的來源上有著先天的優勢。而專業第三方回收企業以格林美、華友鈷業、豪鵬科技、邦普迴圈和光華科技為代表，具有專業的技術和多年的回收經驗，回收渠道和產品分銷渠道完善。
▲國內佈局動力鋰電回收的企業
2018 年 8 月 1 日，工信部公佈了《符合<新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規範條件>企業名單（第一批）》，衢州華友、贛州豪鵬、荊門格林美、湖南邦普迴圈和廣東光華科技 5 家公司入選，這 5 家公司均屬於專業第三方。根據《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規範條件》中的規定，作為第一批符合行業規範條件的企業，它們未來將有機會參與廢舊動力蓄電池回收利用標準體系的研究制定和實施工作，從而在行業中獲得先發優勢地位。
▲符合《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規範條件》企業名單（第一批）
我們認為目前鋰電回收行業仍處在發展初期，動力電池與整車廠和專業第三方企業分別佔據電池回收的渠道優勢和回收拆解技術優勢。在國家對回收資質的管控下，動力電池回收行業最終將走向回收渠道和拆解中心大聯盟的商業模式。在這種模式下，動力電池與整車廠與專業第三方企業合作， 建立企業聯盟。前者通過回收渠道收集廢舊動力電池，以一定的價格交易給具有專業資質的第三方回收企業。目前已有企業積極拓展合作伙伴，如格林美和北汽集團旗下汽車服務貿易公司北汽鵬龍簽訂《關於退役動力電池回收利用等領域的戰略合作框架協議》，在共建新能源汽車動力電池回收體系、退役動力電池梯次利用、廢舊電池資源化處理、報廢汽車回收拆解及再生利用等迴圈經濟領域以及新能源汽車銷售及後服務等領域展開深度合作。這種模式必將吸引其他企業效仿，發揮各自優勢，共同完善動力電池回收利用大體系。
三、2020年爆發，2025年孕育370億市場
我國新能源汽車推廣成效顯著，2017 年全年產銷近 77.7 萬輛，是 2012 年的 60 倍，是 2016 年的1.5 倍。截止 2017 年底，全國新能源汽車保有量超過 170 萬輛，過去三年新能源汽車終端持續產銷兩旺，帶動了上游動力電池大規模出貨，累計出貨量已經超過 85GWh。在動力電池 3-5 年壽命限制下，2013-2015 年的電池已經達到報廢標準，並在今年釋放出一波體量，隨後每年將會有更多電池報廢下來，從而給鋰電回收市場帶來源源不斷的增量。根據我們測算，鋰電回收市場將在 2020 年才會迎來較大規模，而且以拆解回收為主，屆時國內動力電池回收規模將達到 46 億元。2025 年，回收市場規模將達到 370 億元，屆時三元拆解回收，磷酸鐵鋰梯次利用雙主線進行。在巨大的市場增量面前，鋰電回收企業將充分享受藍海機遇。
1、新能源汽車規模化替代程序加速，促進動力電池裝機量提升
政策引導和市場調節為新能源汽車市場培育了良好的消費習慣。2018 年上半年，新能源汽車市場繼續高歌猛進，實現 41 萬輛的產銷規模，是去年同期的 2 倍。預計新能源汽車全年銷量破百萬是大概率事件。在倡導環保出行和推動汽車電動化的背景下，我們認為未來新能源汽車將逐漸替代傳統燃油車，成為道路上的主力軍。
根據工信部《汽車產業中長期發展規劃》，2025 年汽車銷量中 20%的比例是新能源汽車，傳統汽車市場將出現萎縮，假設 2500 萬的銷量，則對應新能源汽車的體量大約是 500 萬輛。鑑於雙積分政策已經與 4 月正式實施，積分交易系統也在 7 月上線，這一系列舉措為今後新能源汽車行業奠定了基調。政府將對新能源汽車的推廣壓力傳導給車企端，促進車企生產更多的新能源汽車，我們預計 2020 年超額完成 200 萬輛，2025 年完成 500 萬輛新能源汽車的銷售規模。基於此，我們預計 2018 年新能源汽車銷量將達到 113 萬輛，佔汽車總銷量的 3.7%；2020 年完成 210 萬輛的銷售規模；2025 年完成 500 萬銷量規模。
▲新能源汽車銷量和動力電池裝機量預測
從 3.7%到 20%，佔比提升表明新能源汽車對傳統汽車的替代程序在提速，再加上單車帶電量也有提升，從而給上游動力電池環節帶來巨大的增量空間。2017 年，動力電池裝機量達到 36.43GWh， 同比增長 29.9%。今年上半年裝機量 15.45GWh，較去年同期的 6.25GWh 增長了近 1.5 倍。預計，
2018 年全年完成 54.5GWh 的裝機量。2020 年實現 108.9GWh，2025 年 259.2GWh 裝機量。
▲新能源汽車銷量將保持高速增長（輛）
在新能源汽車推廣初期，磷酸鐵鋰電池佔絕對主力，隨著對動力電池能量密度要求的提高，三元動力電池高能量密度的優勢體現出來，裝機量佔比逐漸提升， 2017 年，三元動力電池裝機量16.15GWh，佔比 44.56%，已經非常接近磷酸鐵鋰電池的裝機量，2018 年上半年，三元動力電池裝機量超過磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰電池主要應用在客車、專用車上，而三元電池主要應用在乘用車上，在體量上具有絕對優勢。未來，三元電池佔比將進一步提升，我們預計，2018 年三元電池裝機量達到 28GWh，佔比 51.4%；2020 年達到 69GWh，佔比 63.4%，而到 2025 年，裝機量超過 200GWh，佔動力電池的比例超過 77%。
▲終端需求帶動動力電池裝機量持續高增長（GWh）
2、動力電池報廢規模不容小覷，2025 年再擴大 5 倍
動力電池在不同場景下使用年限有差異，通過對比終端不同的使用場景，理想情況下，私家車動力電池使用年限約 5-9 年，計程車和網約車等運營車輛使用年限為 2-5 年，新能源車往往更傾向於加入網約車陣營，從而拉低電池平均壽命。因此，我們認為“第 N 年回收量 =第 N-3 年裝機量/3 + 第 N-4 年裝機量/3 +第 N-5 年裝機量/3”是比較合理的計算方式，而市場普遍樂觀的按動力電池 3年報廢進行市場測算。
▲不同應用場景下，動力電池使用年限
由於三元動力電池不斷迭代升級，我們有必要對不同水平的三元電池產品進行了分類預測。三元動力電池發展初期，以 NCM111 為主，以 523 為研發方向。隨著鈷價格大幅度上漲，為了降低原材料成本，同時滿足高能量密度的要求，三元電池在技術上逐漸向高鎳低鈷的 NCM622/811 和 NCA 電池發展。2012 年，三元動力電池中只有 NCM111 和 NCM523，兩者八二分； 2017 年，NCM111/523/622/811 和 NCA 電池的佔比分別是 8%，66%，20%，4%和 2%。根據技術迭代程序和工信部對電池能力密度的要求，我們假設 2020 年，NCM111 被淘汰，NCM523/622/811 和NCA 佔比分別為 25%、40%、30%和 5%；2025 年，NCM622 和 811 佔比 90%，NCA 佔比 10%。
▲三元動力電池各型別佔比
通過計算，我們得到，2018-2020 年，需要回收的廢舊動力電池容量分別為 6.73 GWh、15.81 GWh 和 26.66GWh，同比增長 292%、135%和 69%。其中磷酸鐵鋰電池的容量為 4.75 GWh、11.31 GWh和 16.38GWh，佔比 70.53%、71.54%和 61.43%；；三元動力電池的容量為 1.7 GWh、3.76 GWh 和 8.89GWh，佔比 25.25%、23.75%和 33.36%。2025 年，我國需要回收的廢舊電池容量則達到137.4GWh，是 2018 年的 20 倍，2020 年的 5 倍。其中三元動力電池的回收量佔比 68%，達到
93GWh，磷酸鐵鋰的佔比 27%，為 37.67GWh。
▲2016-2025 年動力電池回收規模（GWh）
▲2018-2025 年動力電池回收規模預測（GWh）
▲2018-2025 年各類動力電池回收規模佔比變化趨勢
根據各種型號的動力電池對應的電池重量關係，我們計算出 2018-2025 年報廢動力電池重量。2018-2020 年分別有 4.2 萬噸、9.86 萬噸和 16 萬噸動力電池報廢，其中磷酸鐵鋰電池佔絕對數量。2025 年，有 65.56 萬噸動力電池報廢，三元動力電池佔主導。考慮到前期磷酸鐵鋰電池能量密度普遍在 110-120Wh/kg，2018-2020 年實際退役電池重量要高於預測值。
▲各型別號動力電池能量密度和電池重量關係對應表
▲2016-2025 年報廢動力電池規模（萬噸）
3、 動力電池回收市場規模預測
磷酸鐵鋰和三元電池是動力電池兩大主力。磷酸鐵鋰電池的迴圈次數較高，從新能源汽車上報廢拆解下來後，還具有很大的利用價值，比如應用在電信基站的供電、家庭儲能等領域，繼續發揮作用； 而三元電池報廢下來後很難再繼續使用，一般直接對其進行拆解回收金屬材料。目前磷酸鐵鋰電池的梯級利用並不理想，這是因為前期電池 pack 技術水平限制，並沒有完善的電池餘量和充放電次數檢測手段，拆解分揀成本高昂，再加上運輸和組裝成本，磷酸鐵鋰電池梯級利用的效益不高。隨著國家針對電池管理的技術標準出臺，對電池的跟蹤檢測會逐漸普及，未來，梯級利用的空間將非常大。
▲磷酸鐵鋰和三元動力電池特點比較
按照動力電池 3-5 年的壽命週期，2018 年報廢的動力電池主要集中在 2013-2015 年，而 2020 年回收的電池集中在 2015-2018 年。這些電池中，磷酸鐵鋰電池的梯級利用存在一定的技術障礙。目前在政府的鼓勵下，電池回收企業和鐵塔公司一直在進行這方面的嘗試。為了進行更好的對比， 我們設定了兩種預測模式：第一是統一將報廢電池全部回收再造；第二是三元電池回收再造和磷酸鐵鋰電池梯級利用。
1）統一拆解報廢下的市場規模預測
在統一拆解報廢回收情景下，磷酸鐵鋰、錳酸鋰電池均按溶解回收金屬來計算。磷酸鐵鋰電池中可回收的金屬主要是鋰，佔正極材料的 4.43%。錳酸鋰電池中鋰的含量為 7.45%，此外，還有 58.5% 的錳金屬。在三元電池中，可回收的金屬材料價值更大，含 7.17%-7.26%的鋰、6.05%-20.34%的鈷、5.64%-18.97%的錳和 NCA 中 1.4%的鋁。按照不同電池的能量密度，可以計算出 1KWh 電池中，各類金屬的含量。
▲不同型別動力電池正極材料中金屬含量
根據全國汽車標準化技術委員會發布的《車用動力電池回收利用 材料回收要求》（徵求意見稿）， 鎳、鈷、錳綜合回收率應不低於 98%，鋰的回收率應不低於85％，其他主要元素回收率應不低於90%，銅、鐵、鋁元素的綜合回收率應不低於 90%。2018 年已經達到要求水平，未來工藝改進將進一步提高回收率，2020 年鋰鈷鎳錳鋁的回收率分別為 90%、98%、98%、98%和 90%；到 2025 年，鋰金屬的回收率進一步提升達到 95%。
▲2016-2025 年各類金屬回收率假設
鋰鈷等金屬受下游需求拉動影響，市場價格有了大幅度的上漲，我們取 2018 年初至今市場平均報價作為參考。鋰金屬 91.3 萬元/噸、鈷金屬 60.26 萬元/噸、硫酸鎳 2.79 萬元/噸、錳金屬 1.44 萬元/噸、鋁金屬 1.43 萬元/噸，目前鋰鈷金屬價格已經從高位回落，但仍處於高位，未來回收規模起來後對原材料形成很好的補充，降低對上游的依賴，因此鋰鈷等金屬價格未來仍有可能下滑，為了便於計算，我們假設 2019-2025 年鋰鈷金屬價格和當前價格持平。而高鎳三元材料則會提升對鎳的需求，從目前主流的 NCM523 到未來 NCM811 和 NCA，單位 Wh 電池對鎳的使用量增加 60%，再加上出貨量也在增長，未來鎳的價格將受到需求端刺激而繼續上漲，我們預計 2019-2025 年硫酸鎳價格分別是 29000-35000 元/噸。通過計算，2018 年動力電池回收市場規模僅 10.1 億元，2020年達到 46 億元，而 2025 年則超過 330 億元。因此，鋰電回收市場將在 2020 年才會迎來一定的體量，然後進入規模化退役回收時期。
▲動力電池回收規模（第 N 年= 第 N-3 年/3 +第 N-4 年/3 +第 N-5 年/3）
2） 三元電池拆解和磷酸鐵鋰梯次利用模式下市場規模預測
三元拆解+磷酸鐵鋰梯次利用雙主線發展更符合價值最大化。磷酸鐵鋰電池由於具有較高的可迴圈壽命，在儲能等領域有著重大的二次利用價值，因此，在動力電池回收市場成熟階段，磷酸鐵鋰電池更傾向於梯次利用，三元動力電池則進行報廢拆解。因此，對這兩類電池的回收方式分開測算更顯準確。
目前，磷酸鐵鋰電池梯次利用收入為 0.2 元/Wh，根據3.2 章節統計，2018-2020 年分別有4.75GWh、11.31GWh 和 16.38GWh 的磷酸鐵鋰電池退役，那麼梯次利用規模分別達到 9.5 億元、22.6 億元和 32.8 億元。三元電池拆解回收規模分別為 6.18 億元、13.63 億元和 31.61 億元。2018-2020 年報廢拆解和梯次利用合計市場規模分別為 15.7 億元、36.3 億元和 64.4 億元。2025 年，合計市場規模超過 370 億元。該模式下市場規模高於統一報廢拆解模式，符合價值最大化的原則，未來必將成為主流模式。
▲三元電池拆解和磷酸鐵鋰梯次利用模式下市場規模預測
考慮到目前梯次利用技術還不夠成熟，磷酸鐵鋰電池尚不能大規模二次開發，預計仍以報廢拆解為主。隨著電池生產標準規範化，我們認為 2020 年是梯次利用關鍵節點，屆時磷酸鐵鋰電池可實現大規模二次商業開發。因此，我們判斷 2020 年前，動力電池以拆解回收為主，2020 年以後，三元電池拆解回收，磷酸鐵鋰電池梯次利用雙主線模式發展。這種情況下，2018-2020 年動力電池回收規模分別為 10.1 億元、23 億元和 46 億元，而 2025 年則超過 370 億元，屆時三元動力電池拆解回收規模佔整個動力電池回收市場規模的 77.5%。
▲2016-2025 年三元動力電池拆解回收和磷酸鐵鋰電池梯次利用總市場規模（百萬元）
從回收體量上看，2020 年，三元動力電池領域可回收的金屬總量達到 1.27 萬噸，是 2018 年的 5 倍；2025 年總量飆升到 11.3 萬噸，是 2018 年的 45 倍，複合增速達到 71%。2025 年回收的鋰鈷金屬量分別達到 1.2 和 1.4 萬噸。鎳和錳金屬的回收量明顯高於鋰鈷金屬，這和鎳錳金屬在三元電池中含量高相符合。未來高鎳低鈷電池比例將會明顯提升，加大對鎳金屬的需求量，2025 年可回收的鎳金屬量達到了 5.6 萬噸，佔總回收量的 55%。
▲2018-2025 年三元動力電池各類金屬回收量預測（噸）
從回收價值上看，鈷金屬回收規模佔比不斷下滑，鎳金屬規模提升。未來高鎳低鈷的 NCM811 和NCA 電池佔比提升，導致鈷在電池中的含量在下降，鎳含量提升。2018 年鈷金屬回收規模 2.6 億元，佔拆解回收規模的 45%；2020 年回收規模達到 11.7 億元，但佔比下滑到 39.8%；到 2025 年，鈷的回收規模達到 71.8 億元，但佔比下滑到 27.7%。與之相反的是鎳金屬可回收規模和佔比不斷提升，從 2018 年的 1 億元提升到 2025 年的 88 億元，佔比也從 2018 年的 17%提升到 34%。
▲三元動力電池拆解回收規模及增速（百萬元）
▲2018-2025 年可回收金屬規模比例變化
2025 年 70%迴圈自給，動力電池端降低對鈷原材料的依賴。鈷金屬的回收利用對原材料的供應端起到一定的緩解作用。根據我們測算，理想情況下，2018 年我國動力電池對鈷的消耗量約 6250噸，2020 年超過 1.2 萬噸，到 2025 年消耗量達到 2.1 萬噸。而動力電池端鈷的回收量在 2018 年僅 460 噸，佔比不足 10%；2020 年可回收量超過 2000 噸，佔比超過 17%；到 2025 年，可回收鈷金屬量約 1.4 萬噸，佔比 65%。屆時動力電池在鈷金屬的消耗上基本實現迴圈自給，大幅度降低了對鈷的需求。
▲2018-2025 年可回收的鈷金屬量佔動力電池鈷消耗比例趨勢（噸）
3）不同回收情景下的市場規模預測
市場對動力電池回收的預測普遍基於電池 3 年報廢，這一假設偏過於樂觀。針對不同報廢年限， 我們設定不同的回收情景，來驗證報廢年限對回收規模的影響。
情景 1：和市場假設一致，電池 3 年報廢，即第 N 年回收容量=第 N-3 年裝機量
情景 2：假設電池第 3 年報廢 50%，第 4 年報廢 50%，即第 N 年回收容量=（第 N-3 年裝機量 + 第N-4 年裝機量）x 50%
情景 3：假設第 3 年報廢 1/3，第 4 年報廢 1/3，第 5 年報廢 1/3，即第 N 年回收容量=第 N-3 年裝機量/3 + 第 N-4 年裝機量 /3 +第 N-5 年裝機量/3
情景 4：假設第 3 年報廢 50%，第 4 年報廢 30%，第 5 年報廢 20%，即第 N 年回收容量=第 N-3年裝機量 x 50% + 第 N-4 年裝機量 x 30% +第 N-5 年裝機量 x 20%
情景 5：假設第 3 年報廢 20%，第 4 年報廢 30%，第 5 年報廢 50%，即第 N 年回收容量=第 N-3年裝機量 x 20% + 第 N-4 年裝機量 x 30% +第 N-5 年裝機量 x 50%
▲不同回收情景下市場規模比較（百萬元）
在拆解和梯次利用雙主線模式下，按情景 1，電池三年報廢，2018 年規模 36.8 億元，顯著高於其他模式。考慮終端不同使用場景對電池的充放電頻率有區別，我們認為這種模式不夠準確反映終端使用情況，並且過於樂觀。以 3-5 年為期限、每年報廢三分之一是比較合理的情景。
4、動力電池報廢拆解收益分析
對動力電池進行拆解利用的成本投入中，廢舊電池作為原材料佔比最高，此外，還有輔助材料、裝置折舊、環境處理費和人員費用等，平均成本在 18600 元/噸左右。
▲動力電池拆解回收成本構成
對於磷酸鐵鋰電池，由於對應的正極材料中僅含 4.4%的鋰金屬，平均每回收一噸磷酸鐵鋰電池， 僅獲得 16 公斤鋰金屬量。而三元動力電池可獲得的金屬較多，以三元 NCM523 為例，處理一噸廢舊電池可以獲得 28 公斤鋰、47 公斤鈷、119 公斤鎳和 66 公斤錳。
▲回收一噸廢舊電池獲得的金屬量
我們取 2018 年至今平均金屬價格：鋰 91.3 萬/噸、鈷 60.3 萬/噸、硫酸鎳 2.79 萬元/噸、錳 1.44萬元/噸、鋁 1.43 萬元/噸，其中鋰和鋁金屬的回收率為 90%，鈷鎳錳的回收率為 98%，那麼回收1 噸廢舊動力電池的收益如下表 所示。可以看出，磷酸鐵鋰含金屬量太少，回收收益較低，僅 1.3萬元/噸，拆解回收的經濟性較差，不具備回收價值。三元動力電池系列回收收益遠高於平均回收成本，其中 NCM622 因含有較高比例的鈷和鎳金屬，收益最高，約 7.4 萬元/噸。最低的三元 NCM523
產品也有 6.7 萬元/噸的回收效益。
▲各種型別動力電池回收收益比較
智東西認為，首批上市的電動汽車已經開始進入置換期，鋰離子電池大規模報廢無可避免。無論是從環境保護還是資源最大化利用角度而言，動力電池回收利用都已是箭在弦上。想要將新能源汽車徹底打上“綠色環保”標籤，邁過動力電池處置這道坎是必不可少的。雖然現在段動力電池回收產業在我國仍處於初級階段，但在國家不斷出臺的密集政策的推動下，加上車企、電池回收企業等相關企業的努力和合作，相信不久的將來動力電池回收將很快發展成熟，讓新能源汽車更加綠色環保。
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