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近日,国家知识产权局发布了《2024年度专利专项研究项目立项名单》(参见国知局5.6日的公众号“关于印发2024年度专利研究项目立项名单的通知”)。
众所周知,国知局的立项项目除了专利政策、审查标准等研究外,对于核心技术的立项,基本都围绕着国家重点技术领域、前言技术、战略新兴产业、“卡脖子”技术等,且都会经过内部的专家评审,因此,立项项目通常代表着现阶段需要重点攻克的技术。
其中有三个项与新能源相关,分别如下:
其中,小编关注到了由南开大学、国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心、天津常兴新能源科技有限公司,三家共同申报的《新能源电池回收及利用关键技术专利分析研究》。
在刚刚过去的北京车展上,国内新能源汽车可谓是出尽了风头,各家车企老板纷纷出来营业,小米的雷军更是所到之处人山人海,诞生了著名的“李想焊门”。不瞒大家,小编也是全程直播观看了“雷布斯”买理想L6,真是泼天的富贵流量啊……
在过去的2023年,我国新能源汽车产销量分别完成958.7万辆和949.5万辆,同比分别增长35.8%和37.9%,市场占有率达到了31.6%。不过,随着国内新能源汽车产业的快速发展,一个很重要的新问题也摆在大家面前,那就是:当大量的新能源汽车“退役”后,其搭载的废旧动力电池如何回收、再利用?
一、动力电池回收高峰即将到来
我国新能源汽车于2013年开始推广应用,在2021年迎来爆发式增长,根据行业规定,动力电池容量衰减至额定容量的80%以下,就要面临退役、被强制回收。按照动力电池平均使用寿命5-8年计算,我国第一批投入市场的动力电池基本上已经面临退役了。第一批新能源汽车动力电池回收时间大概在2023年,并且在2025-2026年将迎来第一次回收高峰。
二、新能源汽车动力电池的组成及其危害
动力电池,存在电芯(Cell)、模组(Module)、电池包(Pack)三个概念。单个电芯由正极、负极、电解液、隔膜等部分构成,多个电芯串并联,再加上汇集电流、收集数据、固定保护电芯等作用的辅助结构件,形成模块化电池组,电池模组加上电池管理系统(BMS)、热管理系统、电气系统及结构件组成电池包。
新能源汽车的动力电池采用三元电池,三元材料中约含有12%镍,5%钴,7%锰等重金属,在自然界中会对土壤,水体造成长达50年的污染;负极材料中的碳和石墨对空气造成粉尘污染;电解液中含有六氟磷酸锂和碳酸酯,六氟磷酸锂具有强烈的腐蚀性,遇水或高温后会产生有毒气体氟化氢,氟化氢易溶于水,能产生具有极强腐蚀性的水溶液,人体吸入氟化氢后,会对上呼吸道造成强烈刺激,碳酸酯等有机溶剂分解、水解后的产物会对大气、水体、土壤造成严重污染;隔膜主要成分是聚丙烯和聚乙烯,会对环境造成有机物污染。
三、动力电池的回收模式
目前,主要有两种回收方式:一是梯次利用;二是拆解回收。
(1)梯次利用是在动力电池容量下降,不再适用于汽车应用时,将其转用于储能系统、备用电源、家庭能源存储、太阳能路灯等场景。
如下图所示,当新能源汽车动力电池容量衰减至80%以下时,可以将电池拆解下来用于低功率电动车,当电池容量进一步衰减到60%以下时,可以将电池用于电网储能,当容量低于40%时,可用于家庭储能,当电池容量低于20%时,再将电池拆解回收。
(2)拆解回收是对已经报废的动力电池进行拆解、破碎、加工等工艺生产出关键金属盐材料,回收步骤技术包括预处理、拆解分离、材料回收,每一步又包含多种处理方式。拆解回收的流程图如下图所示:
对于废旧三元电池回收,国内大部分企业目前采用湿法和火法工艺相结合,节省成本的同时保证了高回收率。
四、国内动力电池回收格局
有机构数据显示,到2030年,我国动力电池回收市场规模预计可达1406亿元,比2022年实际市场规模增长近9倍。超千亿的市场规模,吸引了万家企业相继涌入。目前,工业和信息化部公示的符合废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件的白名单企业仅156家,但根据企查查的数据统计,截止2024年4月,动力电池回收企业总数达到了约12万。
国内头部电池回收企业为邦普循环,年规划处理能力超40万吨,排名第二的是格林美,年规划处理能力超30万吨。
根据回收主体的不同,目前动力电池回收可以分为三种商业模式,分别是以第三方回收厂、电池厂、新能源车企为回收主体的商业模式。
(1)第三方回收厂一般接受电池厂或者新能源车企的委托,完成废旧电池的运输、回收和后续的资源化利用。由于第三方回收厂一般专业做电池回收,回收工艺成熟,专业性强,能够实现更高效的废旧电池资源化,但是需要自建回收网络,存在在回收费用大、运输存储难、再销售渠道限制等难题。
(2)电池厂通过成立子公司、收购回收处理企业、合作等方式布局回收网络,形成废旧电池的循环利用,实现电池材料回收降本,提高对上游原料商的议价能力,能有效把控废旧电池定向循环,但是存在一定的技术限制,模式运行效率较低,难以形成规模效应。
(3)新能源车企由上下游成员组成的联盟作为废旧电池回收主体,通过联盟的形式构建回收网络,形成产业链闭环,这种模式通过产业链上下游协同合作,减少了市场恶性竞争,有效降低了整车生产、电池制造和材料回收的成本,提升了整体回收效率和模式运行效率,潜在问题是企业需要承担电池回收链条上其他成员可能带来的风险。
五、动力电池回收面临的挑战
动力电池回收行业目前尚处于发展阶段,回收产业链各个环节仍存在不少需要解决的问题:
废旧电池回收环节:目前废旧电池回收的定价机制尚不统一,按照目前磷酸铁锂目前的市场价进行回收,不少企业都会面临亏损,导致大部分企业不愿意布局磷酸铁锂电池回收产能;
电池评估环节:市场上动力电池品类繁多,从电池材料到内部结构、组装方式等方面差异可以非常大,缺乏统一标准给废旧电池的评估带来挑战,同时第三方企业难以从整车企业或电池厂获取废旧电池的寿命等数据,增加对电池寿命和安全性评估的难度。
梯次利用环节:出于安全的考虑,目前我国不允许退役电池大规模使用于储能电站,企业也对电池二次利用有安全隐患的担忧,动力电池梯次利用量不及预期。另一方面,达到梯次利用标准的废旧电池仍需经过拆解、筛选、重新集成等环节才能进行二次使用,加上电池管理和物流运输等一系列成本导致利润空间有限。
拆解回收环节:拆解回收技术工艺直接影响高价值金属的回收率,电池的多样性同样会带来技术上的困难,同时还需要解决工艺的能耗、环境影响等问题。拆解回收前期产能建设投入大,如果废旧电池回收量没有达到一定规模,企业将面临较大的盈利压力。
电池再造环节:再生材料的价格受到废旧电池回收成本和回收流程中各环节成本的叠加影响,金属原材料价格的频繁波动也会影响再生材料的吸引力,价格的不确定性或将给再生材料的下游应用带来挑战。
总体而言,动力电池回收市场还处于发展初期,行业面临“小、散、乱”的局面,“小作坊”无序扩张,大部分的动力电池回收材料正在被非正规渠道分流,无法流向合规企业,废旧的动力电池流入非正规渠道造成了一定的环境污染与安全隐患,可谓是“正规军干不过小作坊”。
未来这个行业发展如何,我们拭目以待……
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