海南省电动汽车退役动力电池回收利用处理全链条方案研究及政策建议

海南省电动汽车退役动力电池回收利用处理全链条方案 研究及政策建议 （送审稿） 研究单位：海南省新能源汽车促进中心 中汽信息科技（天津）有限公司支持单位：能源基金会 指导单位：海南省工业和信息化厅 2022年11月 序言 习近平总书记提出的“碳达峰、碳中和”，是党中央做出的重大战略，是践行构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局的重大举措。海南坚持生态优先、绿色、和谐的发展理念，持续推进国家生态文明试验区建设。目前国家生态文明试验区建设和实现碳中和依然面临着诸多困难，一是新能源汽车保有量陡增与动力电池梯次利用产业发展薄弱矛盾；二是交通领域碳排放总量还在上升尚未达峰与目标时限紧迫并存；三是经济高速发展带来的能源结构调整与减排降碳压力并存；因此，海南省针对电动汽车退役动力电池回收利用处理全链条方案研究是海南2030禁售燃油车，全岛汽车全面能源清洁化发展的重要支撑。 根据《海南省清洁能源汽车发展规划》和《海南能源综合改革方案》的总体要求，海南省将围绕构建清洁能源岛屿经济体的总体发展目标，大力推动普及新能源汽车和能源结构体系改革；力争到2025年清洁能源占一次能源消费比重达50%左右，2035年基本实现海南能源清洁转型。海南未来的能源结构将以核电为主，气电调峰、新能源发电为辅。2021年清洁能源装机比重已提升至70.9%，实现分布式电源发电量全额消纳。以风、光为主的新能源发电系统，随机波动性和间歇性是其主要局限性，这对电力系统快速灵活调节提出新的挑战，需要大力发展各种类型的储能资源，全面提升电 力系统的负荷调控能力，保障电网的安全。 2019年3月，海南省颁布实施《海南省清洁能源汽车发展规划》，成为全国首个提出所有细分领域车辆清洁能源化目标和路线图的地区，明确发展以新能源汽车为代表的先进制造业，提出了2030年全面“禁燃”的总体目标，新能源汽车市场渗透率将在未来五至十年内大幅提升。根据预测，海南省新能源汽车保有量2025年将突破50万辆，2030年将 突破130万辆，随之产生的大量废旧动力电池将对生态文明试验区建设工作带来巨大的阻力，但同时也为海南省能源结构改革提供了必要的载体支持。 通过本课题针对电动汽车退役动力电池回收利用处理全链条方案进行了深入研究，在研究的基础上建设性提出了两个初步的计划和建议，《海南省落实退役电池回收和梯次利用分年度行动计划》和《海南省退役电池回收和梯次利用产业选型标的分析》，计划通过顶层设计、行业建议方案和产业规划，将动力电池的梯次利用、再生利用的需求和海南省清洁能源发电的储能需求进行直接对接和高效转换，既能杜绝电池对环境的污染，又能降低电力储能成本，还能产生相应的经济和社会价值，对海南全域推广新能源汽车和生态文明试验区建设具有重大意义。报告中的不足之处，恳请专家批评指正。 目录 序言1 一、动力电池回收利用国内外行业发展的现状1 （一）梯次利用和再生利用是动力电池生命周期的关键环节2 （二）动力电池回收利用关键技术取得长足发展4 （三）国外主要经济体动力电池回收利用网络初步形成8 （四）我国动力电池回收利用模式初步建设完成13 （五）部分地区形成相对完善的电池回收模式23 二、海南省动力电池回收现状和梯次利用场景27 （一）电池回收利用是建设海南“三区一中心”的必然要求.27 （二）海南省动力电池回收利用政策体系正加快建设28 （三）海南省动力电池梯次利用应用场景丰富30 （四）海南省动力电池流转模式已实现阶段性探索37 （五）海南省正加快探索梯次利用、再生利用相结合的模式.39三、海南省动力电池回收利用的经济价值分析41 （一）海南省退役电池市场规模庞大41 （二）海南省退役电池梯次利用市场规模大46 （三）海南省退役电池再生利用市场具备较大投资潜力52 （四）海南省退役电池再生利用投资回报周期分析58 四、海南省动力电池若处理不当对环境造成污染风险分析63 （一）退役电池处理不当对环境污染要素分析63 （二）电池生产和退役电池报废回收对环境污染对比分析66 （三）海南现行法规对动力电池回收利用扔存不健全的问题.71五、海南省退役动力电池回收利用处理的关键实施路径75 （一）指导思想75 （二）基本原则75 （三）具体目标和重点发展任务76 （四）关键实施路径77 （五）保障措施87 附件1：91 海南省落实退役电池回收和梯次利用分年度行动计划91 一、指导思想91 二、基本原则91 三、发展目标92 四、主要任务93 （一）建立信息溯源管理体系93 （二）健全政策、标准和法规体系94 （三）完善梯次和再生利用体系96 （四）强化回收网络和试点建设98 （五）建立废旧电池回收管理体系99 （六）探索多元化商业模式101 （七）推动技术创新和应用102 五、保障措施103 （一）加强组织领导103 （二）加大财政金融支持力度103 （三）加强动力电池回收监督考核机制105 （四）建立与内地企业合作机制105 （五）加大整治力度和依法对违规行为惩戒105 （六）加强宣传推广106 附件2：107 海南省退役电池回收和梯次利用产业选型标的分析107 一、动力电池回收利用企业总体分析107 二、动力电池核心企业布局分析109 （一）电池企业109 （二）电池上游原材料企业112 （三）第三方企业114 三、海南省退役动力电池回收利用招商标的分析118 一、动力电池回收利用国内外行业发展的现状 新能源汽车的车用动力电池，充放电循环达到一定次数后，电池容量会衰减至额定容量的80%以下，这时电池的许多性能都在一定程度上明显减弱，理论上就不适于应用在电动汽车上，需要将电池进行“退役”；仅当容量下降至30%后才需强制报废。在80%-30%这一区间，动力电池的性能仍可满足其他设备的能源需要，这就是动力电池回收利用中的梯次利用，也称电池能量价值的再挖掘。我国虽然地大物博，但是电池的原材料资源还是比较匮乏。由于动力电池含有大量的钴、镍、锰、锂、铝、铜等贵金属，将电池回收后进行再生利用能充分延长动力电池的生命周期。 图1-1退役电池容量与回收方法图 目前，国内外都将动力电池的梯次利用和再生利用提升到了前所未有的高度。一是，因为上游原材料价格不断上涨，电池企业成本压力加大。二是，由于地缘冲突导致的原材料供应不稳定和价格不断波动，使企业不得不重视动力电池价 值的再挖掘。三是，随着再生技术的不断发展，动力电池的 再生利用能实现更高的经济效益。在市场发展前景广阔的助力下，动力电池梯次利用和再生利用的技术和市场都已蓬勃发展。 （一）梯次利用和再生利用是动力电池生命周期的关键环节 动力电池的全生命周期包括生产、使用、报废、分解以及再生利用。对于容量降低为80%以下的动力电池，其充放电性能不能满足汽车行驶的需求，需要退役，此类动力电池 除了化学活性下降外，电池内部的化学成分没有发生改变，因此可以应用于比汽车电能要求更低的场合，进行提出利用。对于一些破坏比较严重，没有使用价值，或者生产出现问题以及梯次利用之后的动力电池，需要进行拆解回收，提取出有价值的金属和材料，之后再将回收的金属和材料应用于电芯、模块、系统的生产中，是动力电池整个生命周期形成一个闭环状态。 图1-2动力电池全生命周期闭环管理模式 对动力电池全生命周期使用价值的挖掘，可在环保和提 升经济性等方面发挥充分的价值。动力电池循环利用是延长电池的全生命周期，其意义在于，把电池从“原材料--电池 --电池系统--汽车应用--二次利用--资源回收--电池原材料”的全生命周期进行的全面管理和控制，不仅可以降低电池的生产成本，还能避免环境污染。 因此，动力电池的回收主要分为梯次利用和再生利用两 个循环过程。梯次利用主要针对动力电池容量低于80%，无 法满足电动车正常运行，但电池容量高于30%，仍具有利用价值，可以应用于电能要求更低的场合，如低速电动车、电网储能、3C电子产品等。拆解回收主要针对电池容量损耗严重，无法继续梯次利用，只能将电池进行拆解，回收正负极材料、电解液及有价值金属等再生资源，重新制备和生产电池的循环过程。 图1-3动力电池梯次利用流程 图1-4动力电池再生利用流程 （二）动力电池回收利用关键技术取得长足发展 动力电池梯次利用的技术壁垒较高，关键技术包括离散整合技术和寿命预测技术。其中剩余寿命预测的关键点在于全生命周期监测，即建立大数据追溯系统平台对退役电池进行系统分析，以此获得能否进入梯次利用市场的大数据。在这方面，电池生产企业和汽车生产企业具备先天优势，但伴随新电池性能快速提升以及电池成本下降，退役电池的回收价格将成为影响电池生产企业的重要因素之一。 图1-4梯次利用的关键技术 动力电池回收再生的过程大致可分为“预处理-材料回收 -筛选制备”三个步骤。退役动力电池拆解后，分离出电池的塑料、铁质外壳和电极材料，再对电极材料进行回收，通过 碱浸出、酸浸出、除杂后进行萃取，或者直接通过高温焚烧拆除碎片回收金属以及进一步采用湿法回收焚烧残渣。其中，材料回收阶段是动力电池再生利用的关键环节，一般包括物理回收（火法）、化学回收（湿法）和生物回收三大方法。由于湿法回收工艺的连续性及自动化程度较高，回收率高，且能耗及污染较低，目前国内主流动力电池材料回收为湿法回收。 表1-1废旧锂离子电池资源化利用主要步骤 步骤 内容 步骤1：预处理 对废旧锂离子电池进行放电、拆解、直接或经简单筛选后破碎以及处理拆解过程中产生的有毒有害物质。本步骤是废电池资源化利用的基础，将直接影响后续处理工艺。 步骤2：材料回收 对钴、镍、锰、锂、铝、铜及电解液中有机溶剂等多种有价材料的回收。主要方法为通过溶解、萃取、沉淀、电解等以单质、化合物或混合物的形式分类回收各种有价材料。 步骤3：筛选制备电池材料 经溶解、萃取、沉淀等处理后加入硫酸锰、硫酸镍、硫酸钴等物质调整溶液中各种材料的比例，直接用于制备锂离子电池正负极材料。 数据来源：《废旧三元正极材料锂离子电池的资源化利用技术》 回收有价材料后，需要通过添加化学物质调整溶液中的材料比例，制备出锂离子电池正负极材料。 表1-2动力电池材料回收工艺分类及特点 方法 工艺细节 工艺特点 物理法 机械分选法：利用机械方法将电池拆解分离后，根据不同电池原料物理性质差异，经破碎、过筛、磁选、精细粉碎和分类方法实现不同组分分离。 工艺简单，产物单一，能耗较高，且产生一定的废气污染，回收率较低。 高温热解法：高温焚烧分解去除粘结剂，使材料实现分离、金属氧化，后还原焙烧生成贵金属和氧化锂，高温下形成蒸汽挥发，通过冷凝实现分离和收集。真空热解法：利用真空焙烧方法，使锂电池有机物和粘接剂挥发或分解。 化学法 化学沉淀：先选择性溶解，后沉淀分离得到贵金属元素。 成本较高、工艺复杂，但连续性及自动化程度较高，回收率高，且污染较低。 离子交换：先溶解后利用离子交换树脂对要收集的金属离子络合物的吸附系数差异来实现金属分离提取。溶剂萃取：利用某些有机试剂与要分离的金属离子形成配合物，逐步分离。 生物法 生物浸出：利用微生物将体系的有用组分转化为可溶化合物并选择性地溶解，实现目标金属与杂质分离。 尚处起步阶段、菌种培养、浸出条件复杂，但成本低、回收率高、污染小，具备潜力。 资料来源《动力电池回收利用浅析》、《废旧动力电池回收利用研究进展及展望》 图1-5动力电池回收技术及产物 电池流入再生环节后，经过拆解、干燥和粉碎分选等工序后，正负极材料和金属铝、铜等物相分离，金属铝、铜可加工出售，正极材料则进行下一步处理，经过湿法工艺，包含酸浸/除杂/萃取/反萃/沉淀等步骤制备锂、钴、镍、锰的金属盐或铁的磷酸盐，进一步处理即可对外出售。 图1-6锂动力电池湿法回收工艺 图1-7锂动力电池火法回收工艺 （三）国外主要经济体动力电池回收利用网络初步形成 以欧美等国为主导的国外市场，已初步形成相对健全的 动力电池回收网络。近年来，随着新能源汽车跃迁式增长， 动力电池报废量也出现陡增，为避免废旧动力电池对环境造成较大污