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2021年动力电池回收行业研究报告

发布时间:2021-11-23   来源:新能源汽车产业动态   点击数:67552次

2021年动力电池回收行业研究报告

动力电池退役期来临与锂资源约束,锂电回收势在必行。碳中和背景下,电动车和储能市场将快速增长。我们测算 2020-2060 年锂电潜在需求量累计将达到 25TWh,若按 1GWh 电池对应碳酸锂需求约 600 吨,则碳酸锂需求约为 1500 万吨。综合考虑环保因素、锂资源区域约束、锂价格因素,废旧锂电池回收是一项必要工作。

然而当前政策正在完善,标准、价格是核心掣肘。至 2030 年,三元与磷酸铁锂电池回收将成为千亿市场。对于三元电池,通过 材料回收方法,可具有一定经济性,市场将率先起量,2022-2023 年将是行业重要拐点,我们估算 2019 年可回收三元正极 0.13 万吨,随后逐年递增至 2030 年的 29.25 万吨;在现价情况下 2020-2030 年三元电池累计回收空间将达 1305 亿元。

磷酸铁锂电池直接拆解材料回收的经济效益并不大,为弥补经济性方案:

1)先通过梯次利用提高收益、2)处理成本通过行政手段及补贴内部化。对于磷酸铁锂电池,我们预测 2030 年报废铁锂电池将达到 31.33 万吨,考虑拆解回 收与梯次利用后拆解材料回收,二者总计可以回收锂元素 0.65 万吨;在中残值、 现价情况下,2020-2030 年磷酸铁锂电池梯次利用/回收累计市场空间分别将达 到 680/163 亿元。国内以湿法为主的回收工艺,前驱体企业具有技术同源性。技术工艺方面,国 外的技术路线以火法为主,国内主要动力电池回收企业主要技术路线为湿法。由于湿法与干法工艺有较大差异,工艺路径相似的正极前驱体企业具有技术同源性,在开展锂电回收布局上更具有技术优势。

海外动力电池回收模式可作为他山之石。参考欧美发达国家,动力电池生产商往往承担电池回收的主要责任,主机厂和电池租赁公司起到配合回收的作用。依据责任主体的不同可以分为以日本为代表的动力电池生产商回收模式(包括经过电动汽车经销商、电池租赁公司)、以欧美国家为代表的行业联盟回收模式(动力电池生产商联合形成回收联盟)以及第三方回收模式。

1着眼于未来:我们为什么要回收锂电?

1.1、 电动车产业快速发展,动力电池退役量庞大

全球新能源汽车行业发展迅速,2020 年全球新能源汽车销量 309.52 万辆,同比 +40.16%,其中纯电动汽车销量 212.61 万辆,同比+29.58%,在新冠肺炎疫情的冲击下逆势增长。我们预计 2021-25 年全球新能源汽车销量增速有望在 30% 以上,到 2025 年销量将突破 1300 万辆。

中国新能源汽车产业于 21 世纪初期兴起,自 09 年“十城千辆”工程启动, 2013-14 年推广应用新能源汽车并免征购置税,2015 年 4 月财政部发布《关于 2016-2020 年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》,对新能源汽车购买给 予补助实行普惠制,财政补贴成为推动中国新能源产业的主要增长力量。随着新能源汽车购置补贴逐步退坡,2017 年开始推行的“双积分”政策接力继续推动新能源产业发展。我们预计我国新能源汽车销量未来 5 年增长率稳定在 30%-40%,到 2025 年有望超过 600 万辆。

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在电动汽车市场快速增长带动下,动力型锂离子电池继续保持快速增长势头。按 照正极材料动力电池可分为三元电池、磷酸铁锂电池及其他电池。目前看,海外以三元电池为主,国内三元电池和磷酸铁锂同步发展。全球动力电池年新增装机量保持稳定增长,我们预计 2025 年装机量可达 623GWh;国内装机量可达 312GWh。其中三元电池装机量达 174.5GWh,磷酸铁锂装机量达 137.4GWh。

1.2、 全球电动化趋势下,锂资源约束几何

在碳中和背景下,电动车和储能市场将快速增长,根据 BNEF 在 2020 年的预测:

(1)2020-2040 年,全球电动乘用车销售量将从约 200 余万辆,增加至约 5500 万辆(约 3300GWh,以 60kWh/辆计算),是 2020 年的 27.5 倍;

(2)2020-2050 年,全球储能市场累计装机量将从约 20GWh,增至约 1700GWh, 是 2020 年的 85 倍。

如果以电动车 8 年一个更换周期计算累计量,并假设储能装机大部分采用锂电, 对锂电需求量进行测算,2020-2060 年累计将达到 25TWh,若按 1GWh 电池对 应碳酸锂需求约 600 吨,则碳酸锂需求约为 1500 万吨。

从世界锂资源的勘探量来看,我们并不需要担心锂资源不够用,但我们依然需要关注区域上的资源约束。

(1)资源量较高的是盐湖中的锂,如果提纯技术能够进步、生产成本能够降低, 问题将能够较好的解决;

(2)中国优质的锂资源与世界其他地区相比较少,考虑我国是锂电中游产业链以及下游应用市场核心,因此需要考虑资源掣肘;

(3)从锂盐产能、成本分布和锂价趋势看,不同资源禀赋、地区政策导致开采难度和投资、成本不同,未来不同时间、不同区域供需有一定的错配,锂价格大幅波动也再所难免,若锂价大幅上涨,将不利于实现碳中和愿景。

因此,综合考虑环保因素、锂资源区域约束、锂价格因素,对使用过的锂电池进行回收也是一项必要的工作。

1.3、 动力电池梯次利用与材料回收市场空间

1.3.1、动力电池报废量及梯次利用量空间预测

我们对未来三元电池的金属回收市场空间及磷酸铁锂电池的梯次利用与回收市场空间设计了测算模型,首先作出如下假设:

(1)三元电池:

1)在循环充放电过程中电池容量会逐渐衰减,当衰减至 80%以下时,便达到退役状态。通常,动力电池的服役年限在 5 年左右。我们假设三元电池与磷酸铁锂 电池的有效寿命均为 5 年。因此,截至目前,第一批动力电池己经到达退役年限,今后将迎来较为持续且不断扩大的动力电池回收市场。在此假设下,2014 年装机的三元(磷酸铁锂)电池将在 2019 年全部拆解回收,2015 年装机的三元(磷酸铁锂)电池将在 2020 年全部拆解回收,以此类推。

2)对退役三元电池的处理主要采取拆解回收的方式。拆解回收主要是对正极材 料中的钴、镍、锰、锂等金属材料的回收再利用,而正极材料又分为 NCM333、 NCM523、NCM622、NCM811 等,且不同的技术路线能量密度不同。随着三元电池行业的发展,高镍、无钴成为主要发展趋势,我们对未来年份正极材料各金属占比进行假设,并进行测算。

(2)磷酸铁锂电池:

1)2017 年 9 月 28 日,工信部、财政部、商务部等五部门联合公布了《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》即“双积分”政策,强调提高新能源车电池能量密度。由于磷酸铁锂电池能量密度的劣势,其市场竞争力一度下滑。补贴政策退坡后,由于钴价的持续走高,无钴电池受到市场青睐,而高镍三元电池的安全性还有待进一步提升,同时 CTP 技术的不断深化及对低成本电池的需求提升,磷酸铁锂电池重新焕发生机。

2)磷酸铁锂退役电池宜采用先梯次利用,后拆解回收的处理顺序。目前,回收及梯次利用体系尚不健全,锂元素回收也存在经济性问题,但我们相信,随着政策的支持,以及随着储能市场兴起以及锂资源约束,市场和经济性会逐步好转。在测算中,我们对梯次利用比例进行了假设,比例从 2019 年的 5%逐步提高到 2030 年的 80%,而对没进入梯次利用体系的磷酸铁锂电池做了相对极端的假设,即假设其进入了拆解及材料回收体系,否则将污染环境,产生环境成本。

3)我们假设提升前的磷酸铁锂正极度电质量为 2.4kg/kWh,提升后变为 2.3kg/kWh,并假设 17-20 年市场逐步从低能量密度铁锂电池过渡为高能量密度铁锂电池,磷酸铁锂电池报废前后的能量密度不变。

4)储能是磷酸铁锂电池的应用场景之一,但由于其应用周期较长,一般是 15-20 年以上,故暂时不考虑储能市场磷酸铁锂电池的报废。

5)对于梯次利用后的磷酸铁锂电池,3 年后再进行拆解回收锂元素。对于三元电池,我们估算:2019 年预计可回收三元正极 0.13 万吨,随后逐年递 增至 2030 年的 29.25 万吨。

根据各类型三元正极测算金属回收量,加总得到三元电池总的各金属回收量:

1)NCM333:随着 2014 年安装的 NCM333 三元电池于 2019 年开始退役, 2019 到 2022 年 NCM333 回收量逐步增加,2022 年达峰值 1.28 万吨,随后由于 NCM333 的退出而逐步减少,至 2026 年回收量归零;

2)NCM523:2016 年开始进入市场的 NCM523 于 2021 年开始报废回收,随 后回收量于 23-28 年稳定在 4-6 万吨之间,预计 2030 年上涨至 10.78 万吨;

3)NCM622:2017 年流入市场的 NCM622 于 2022 年开始报废回收,回收量小幅上涨,直到 28 年上涨幅度增加,预计 2030 年可回收 6.03 万吨;

4)NCM811:2018 年流入市场的 NCM811 于 2023 年开始报废回收,预计 2030 年可增长至 12.44 万吨。

预计 2030 年可回收锂 2.09 万吨,镍 11.47 万吨,钴 2.80 万吨,锰 3.23 万吨。

对于磷酸铁锂电池,我们预测:

1)2030 年,报废铁锂电池将达到 31.33 万吨;

2)随着梯次利用逐年上升,预计 2030 年可梯次利用的铁锂电池达 109.93GWh, 共 25.06 万吨;其余 6.27 万吨进行拆解回收,可回收锂元素 0.28 万吨;

3)2027 年梯次利用的磷酸铁锂电池将在 2030 年达到报废标准,此时拆解回收 8.604 万吨,可回收锂元素 0.379 万吨。二者总计可以回收锂元素 0.65 万吨。

1.3.2、动力电池报废及梯次利用市场空间敏感性预测

由于金属价格变动对动力电池回收和梯次利用经济性、市场释放和产值空间有着 巨大影响,我们对未来三元电池的金属回收市场空间及铁锂电池的回收与梯次利 用市场空间设计了价格敏感性分析,并作出如下假设:

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