第二寿命 ： 最大化电动汽车电池的生命周期价值

VIEWPOINT 2024 SECONDLIFE： MAXIMIZINGLIFECYCLEVALUEOFEVBATTERIES 重新利用的挑战与机遇 电动汽车（EV）已经取得了显着的增长，特别是在汽车和公共交通领域。然而，他们的前期成本阻碍了进一步的扩张。解决这一挑战需要减少最重要的固定成本要素：电池。本观点探讨了重新利用作为降低成本的一种选择的做法。尽管潜力巨大，但再利用市场仍在不断发展，既带来了挑战，也带来了机遇。 AUTHORS SaverioCaldaniIreneMacchiarelliBenediktUngerVictorOlsen 虽然回收是旧电动汽车电池的常见做法，但再利用已成为一种潜在的更有益的选择，可以产生额外的收入 ，减少废物管理 成本，并有助于降低制造和运营电动汽车的总成本 。 BatteriesinEVscanhavearemarkelylonglifetpan.However,oncetheyreaches70%-80%oftheiroriginalcapacity(abattery’sstateofhealth[SOH]),theyaredeemednonviablein 车辆。再利用涉及将电池收集，放电，评估，拆卸和重新配置为新应用的过程。这将影响电池的剩余使用寿命 ，产生额外收入并增加其整体经济价值。 虽然目前的做法涉及将电池从车辆中取出后运往回收工厂，但不断变化的景观，包括新的电池化学物质-磷酸铁锂（LFP）与镍锰钴（NMC）-以及不断变化的法规，表明了潜在的转变。投资者现在正在将资金分配给回收和新兴的第二人生机会。二次寿命电池（SLB）在固定系统中找到应用，与可再生能源，电网支持以及住宅，商业和工业物业的计量后电力存储相结合。图1显示了车辆电池的生命周期，包括可能的回收和再利用过程以及二次寿命应用。 图1.回收和第二寿命应用程序 电动汽车的增长 2022年，电动汽车实现了历史性的里程碑，占全球汽车销量的10％以上。中国领先其他地区，电动汽车占总销量的19％，其次是欧洲，占11％。 除了迈向更可持续的未来，这些数字还表明了大规模电动汽车采用的转折点。随着越来越多的电动汽车接近生命周期的尽头，人们的注意力转移到处理退役汽车的电池上。到2030年，我们预计将有超过17GWh的电动汽车电池可用于汽车、公共汽车、货车和卡车的再利用，如图2所示。 电池成本仍占整个行业电动汽车总成本的近40%，这是电动汽车制造的一个重要因素。随着锂离子(Li-ion)电池技术继续占据主导地位，全球原材料价格在过去三年中飙升。自2020年以来，锂商品价格已上涨超过1000%，导致 锂离子电池组价格显着上涨。电池制造中使用的其他原材料的价格最近也飙升（见图3）。这是由于对电动汽车的需求不断增长，加上采矿业的缺乏弹性（i。Procedres.，当价格上涨时供应扩张的能力有限) 。作为价格对冲和确保能源存储提供商可靠供应的一种手段，重复使用电池变得很有吸引力，特别是随着LFP等低价值化学品的兴起。 FIRST-LIFE应 用程序 第二次终身申请 电池供应链第二人生住宅C&I REPURPOSINGPROCESS 实用规模 组件制造 Rawamtersial p罗塞辛g 电池制造 固定式存储 提取和拆卸集成 评估 01 02 03 机械分离 工艺 提取和制备 Hydro 回收 第二次寿命后，电池回收利用 首次使用后，约40％-60％的旧电池被丢弃 在2030年之前，电池废料推动了销量 电动交通 来源：ArthurD.Little 图2.全球回归EV电池预测 GWh 330 238 161 106 99 7471 56 48 34 44 32 4 6 9 2022120232024 13 4 2025 18 25 22 20262027202820292030 17 2031 2032203320342035 350 300 250 200 15 0 10 0 5 0 0 可用于重新利用 卡车Vans 总线汽车 来源：ArthurDLittle，IEA 图3.原材料价格对电池制造的影响 由于对电动汽车的需求增加和动荡，材料价格上涨了 …… 金属价格发展 锂、钴和镍，2017-2022年，k美元/吨 ...导致锂离子电池的材料成本迅速增加... 精选电池金属成本贡献 锂、钴和镍，2021-2022年，美元/千瓦时 ...以及电池价格同比下降的潜在趋势逆转 锂离子电池价格发展 NMC化学，2014-2022年，$/kWh 100 80 60 40 20 100 75 50 25 300 200 2014 15 16 17 18 19 20 21 2022 100 锂1,2 钴镍 0 20172018 00 LFPNMC622NMC811 82 76 46 Feb'21 3月22 日 Feb'21 3月22 日 Feb'21 3月22 日 2019 注：（1）碳酸锂；（2）以人民币/美元的不变汇率计算，人民币/美元=0.16来源：ArthurD.Little，BenchmarkMineralIntelligence，HetFinancieeleDagblad，TradingEconomics 电池类型 如图4所示，有五种主要的锂离子电池阴极化学物质：（1）NMC（和NMCA，包含铝的变体）， （2）NCA（镍钴铝氧化物），（3）NMA（镍钴锰铝氧化物）， （4）LCO（镍和/或钴重）和（5）LFP（铁基和磷酸盐基）。尽管NMC主导了当今的EV市场，但LFP在个人EV，电动公交车和卡车中获得了牵引力 。传统的路线是回收这些材料以从电池中获取最大价值 。但是，价值较低的材料 在LFP电池（主要由铁和磷酸盐组成）中，人们对回收的经济可行性感到担忧，这使第二寿命应用成为有吸引力的替代品。 SLB作为增值解决方案 从历史上看，美国和欧盟的电池回收能力有限，到 2021年底，三分之二的回收能力位于东亚。 最近，鉴于回收越来越被认为是一项关键的经济活动和法规青睐 在全球范围内，各种对解决锂离子电池回收感兴趣的参与者已经出现。 这些公司包括以技术为中心的初创公司、化学和废物管理公司，以及电池和汽车制造商，他们都在努力采取一体化的方法。 图4.2022年按化学分类回收电池回收元素的收入 $/吨的化学回收电池 不同代的NMC电池-811是最新的（特斯拉Model3 使用）（80％镍，10％锰，10％钴） LFP NMC(433)NMC(532)NMC(622)NMC(721)NMC(811) LiMnNiCoAlFePCuC NCANMCANMA LCO 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0 注意：Fe和P元素对回收材料的价值贡献小得多，因此在图表上几乎看不到来源：ArthurD.Little 新设施的例子包括RedwoodMaterials在美国内华达州里诺的回收工厂和Umicore在比利时霍博肯的工厂 。尽管具体技术可能有所不同，但回收电动汽车电池的概念在主要参与者中保持一致，例如 北美的RedwoodMaterialsandLi-Cycle，欧洲的GlencoreandUmicore。正在与参与者形成多种合作关系，旨在建立正确的合作伙伴关系，以涵盖电池回收价值链的几个步骤。 回收对这些公司的吸引力在于从废旧电池中提取有价值的材料，然后将其用于包括车辆电池在内的新产品中，从而在电动汽车领域创造循环经济的要素。这提供了一个潜在的有利可图的商业案例，取决于回收材料的价值和原始设备制造商（OEM）支付的处置费。但是，它不足以从原始电池中的任何潜在剩余使用寿命中获取价值。 相比之下，重新利用通过重新配置来获取报废电动汽车电池的价值 通过向“再利用者”(如储能公司)销售废电池或直接向最终用户销售再利用产品(如工业储能解决方案),可以建立额外的收入来源。 前者可以通过与再利用者的长期伙伴关系来实现 。 因此，电池制造的初始成本可以分摊到产生收入的延长期内。通过这种方式，第二寿命应用有助于减少OEM的废物管理成本。 为了保留电池的所有权，最大化盈利能力并降低消费者的总成本，OEM正在实施电池租赁计划。这些举措将电池与车辆的销售分开，为客户提供了更实惠的车辆，而OEM保留了电池的所有权。这种方法使OEM可以灵活地成为再利用者和/或资产运营商，或者与能源专家建立合作伙伴关系。通过这样做，他们将业务投资组合多样化为清洁能源，与同行相比，他们的估值倍数获得了溢价。 向集成电池生态系统移动 SLB供应链正处于起步阶段。欧盟新的电池法规旨在通过将报废处理的责任分配给电池生产商来构建生态系统。到2026年，在欧盟对工业和电动汽车电池的电池护照要求的支持下，重新利用的成本预计将降低。 例如，总部位于英国的ConnectedEnergy通过在整个价值链中建立合作伙伴关系而获得了早期的领导地位 ，尽管市场含糊不清（见图5）。该公司连接了来自OEM的单个不变的电池组，并将其作为电池储能系统（BESS）单元的一部分进行运营，并引入了几个相关的试点项目。 该方法旨在通过在原始电池所有者（OEM）和第二寿命用户之间提供缺失的链接来克服市场模糊性 (即公用事业、商业和工业[C&I]公司以及住宅存储提供商)。 类似的生态系统正在全球出现： -在Japan日产和住友公司成立了一家合资企业，以开发一个生态系统 回收、转售和重复使用日产电动汽车电池。 -中国,通过其工业部和 信息技术正在解决二次生命安全问题，比亚迪等公司利用预期的回收电动汽车电池原料的增加。 -TheEU电池法规和政策 promotecircularityinthebatteryvaluechain,withpilotprojectsinvolvingOEMsandutilities.EnelX,forinstance,participateinnotableSLBinitiative,includingcollaborationswithNissanin 梅利利亚(最大储存能量容量 1.7兆瓦时[MWh]）和Rome-Fiumicino国际机场（与三家OEM合作，容量为10兆瓦时，部分资金来自315万欧元的赠款 [340万美元]来自欧盟创新基金）。 -在Germany，梅赛德斯-奔驰在汉诺威(17兆瓦时)和吕南部署了第二生活BESS （13MWh），分别与公用事业EnercityAG和车辆到电网专家TheMobilityHouse合作。 -在US，尽管缺乏专门的政策， 一些初创公司正在开发用于二次诊断、提取和集成的专有技术。这包括B2U存储解决方案（其在加利福尼亚州兰开斯特扩展了其内部的BESS-用于CAISO批发电力市场，收入超过100万美元 -达到25MWh），以及Smartville和 RePurposeEnergy。 在新市场中进行导航的挑战 随着二手EV电池原料的增长和市场变得更加明确， SLB的价值主张变得更具吸引力。 However,navigatingcurrentchallengesiscrucialforsuccessinthisemergingmarket.Forthoselookingtocapitalizeontheemergingrepurposingecosystem,itisimportanttodevelopaneffectivestrategytoenterthismarket. 图5.集成生态系统的示例-ConnectedEnergy的商业模式 产品包装 重复标识 OEM 诊断拆卸 重新配置。 UtilitiesC& 电池源 ESS装置 业务模型 飞行员项目 布莱特能源-BESS在能源便宜时充电，并在更昂贵时出售 Allego-比利时和德国的电动汽车充电 科莱塔和泰森-引入BESS单元以提供电