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寻电之路:制造到回收 追溯电池的一生

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中国传统能源现状

  [汽车之家 新能源团队]  “燃油车哪里不好,干嘛非要发展新能源汽车?”,这应该是大多数人对目前汽车产业“风向”变化的首要疑问。在“能源枯竭”、“节能减排”、“制造业赶超”这些宏大口号的支撑下,中国在发展新能源必要性的问题上,至今仍未被社会所感知和认可。

  确实,内燃机汽车经过了几十年的不断进步,当前成熟的制造体系、市场配套以及低价高质的产品,让人很难理解为何产业非要驶离这条“平坦大路”,转向发展新能源这条风险未卜的“泥泞小径”。到底为什么要发展新能源产业?这个简单直白的问题,是我们所有人的不解和未知。

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   七年前,在《中国能源政策2012白皮书》中明确了“将坚定不移地大力发展新能源和可再生能源”的国家战略计划。至此之后,中国汽车行业风向突变,快速的从燃油车战略切换到了新能源战略中,之后各类型与“补贴”挂钩的新能源产品快速进入市场,而质疑声音也那时开始一直环绕着新能源行业。

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  质疑的声音从不同角度传来,话题也直接引向了产业的上下游,中国传统能源与再生能源的现状到底如何?中国汽车制造业能不能弯道超车?未来退役的新能源汽车,电池如何处理,污染是否存在?”。疑问越多,信心越不足,如何去找到这些问题背后的真实现状,节目的第一季将目标锁定在了围绕整个行业的重要载体——电池。

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节目不可回避的“能源问题”

  与燃油车不同,汽油不需要载体(如果油箱不算的话),但“电”则需要由电池承载才能发挥。所以如果要回溯到产业源头,那么“电”才是新能源发展的第一步。而电的问题直接与能源问题进行了挂钩,当前存在着明确疑问:大力推进新能源,真的是因为中国的传统能源储备迫在眉睫么?所以在对真正谈论电池与新能源发展之前,我们应该对中国当前在“用电还是用油”的问题上,对质疑做一些回应。

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疑问一:中国传统能源现状

  和100年前人类最早尝试纯电动汽车的原因不同,这场新的革命起因是来自于“传统燃料”转向“再生能源”。网络上解读中国的能源现状有着不同的“版本”,但多方面的数据显示,中国在传统能源的储备上并非网传的那样不堪和忧患,而与汽车密切相关的石油储备问题,也是民众讨论最多的话题之一。

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  根据《中国能源报告2018》中的数据显示,虽然境内的石油产量在降低,但伴随着石油消费量的增长,中国在能源进口贸易方面一直处于持稳状态。这或许可以证明,至少目前在新能源发展上,并非与“石油储备”有直接关联。

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  但间接关联呢?在能源贸易持稳的背景下,中国传统能源对外依赖度依然很高,在总能源进口量中,原油占据了66%,煤炭占据了18%的份额。相比于2017年,原油进口继续较快增长。2018 年,我国原油进口量达到 4.6亿吨,同比增长10%。原油对外依存度达到 71%,这意味中国超过三分之二的原油依赖于进口。

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  发展新能源产业后,中国石油消费趋势在持续放缓,但相比2017年,中国石油消费量仍上涨了3.4%。而原油产能上,2016年-2018年相比于2015年之前有较明显的下降,变向增加了对于石油贸易进口的依赖。

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  在中国传统能源储备“被动依赖”的现状下,提出大力发展新能源行业也是希望改变能源消费结构。2018 年天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费量占能源消费总量的 22.1% ,已经是连续多年的提高。

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  在传统能源上向清洁能源转型上,全球低碳、无碳的目标目前来看是一致的,就像欧美汽车品牌目前也都在明确“停售燃油车时间点”。但各国在传统能源的依赖性上不同,而中国“原油资源匮乏”就是向清洁能源转型上问题之一。中国社会科学院能源经济主任朱彤表示:“由于各国所处的时代不同,中国还是煤炭时代,世界已经进入油气时代,两者未来走向可再生能源系统的过程肯定不一样。中国可能会跨过油气时代。”

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“电”依然来自于“煤”

疑问二:发展清洁能源,但“电”依然来自于“煤”

  能源的需求增速是由能源消费决定的,当鼓励向“新能源”发展的同时,中国在“产电”这件事上也是被热议的话题:当发电依然强依赖于火电时,新能源还算是清洁能源么?

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  中国一直是煤炭消费大国,在2018年能源消费的总占比中,煤炭消费占总量的59%,而在煤炭消费的占比中,53%都用于了电力行业。这似乎在一定程度上论证了很多人的质疑:“因为强依赖于火力发电,新能源汽车在整个生命周期内的“减排”效果并非优于传统燃油车。”但事实上真的这样么?

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  我们也找到了一组数据,除了传统火力发电外,2018年中国风电和水电发电量分别增长了21%和3.2%,而此前最受质疑的“风电浪费”情况也下降了7%,弃风率在过去几年中持续好转。新的清洁能源形式对于逐步降低“火电依赖”起到了很大程度的帮助,并且中国在“西电东输”战略上的持续推进,也在持续改变中国东部地区的用电压力。

  有资料指出,中国几年前存在的风电浪费问题,背后最大的原因还是电网建设速度跟不上清洁能源发展的速度,简单来说就是社会的电量需求增长与输电设施的投入不匹配。而在推动新能源产业发展后,需求量的带动,从而改善了源头“发电、输电”问题、产业关注度提高,投资自然也就提高,被浪费掉的电,也自然能够输送到下游去。

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  有资料称,终极的清洁能源体系几乎可以让电力的市场价格为负。解决好电力输送问题,风电和光伏发电在接下来有极大的成本下降空间,而最终也社会用电成本形成帮助。

  我们再回看“火电问题”,火电=高污染是从“雾霾”开始遗留在我们心中的影子。但“超低排放+改造措施”是过去几年中,中国对于传统火电行业的扭转,目标就是:“即便是依赖煤炭发电,也要确保清洁能源,并成为世界领先的低排放发电。”

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  我们查询到了一组冷门的资料,煤炭发电率与火电锅炉蒸汽温度是正相关的,蒸汽温度越高发电率(热效率)越高。有资料显示,近两年中国主要发电厂开始了“超超临界发电技术”的推进,这是一种先进的增压提温技术,可以大幅度降低每度电的耗煤量。

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  我们直接来看数据吧,在2008年中国初步开展“超超临界发电技术”时,就已经实现了煤耗率286克/kWh,比同期其它火电机组煤耗率降低了约60克/kWh,之后这一指标继续降低达到了276克/kWh。截止到2018年底,中国百万千瓦级的超超临界机组已经达到111台。

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  此前,全球火力发电厂的技术代表是丹麦Nordjylland电厂,其煤耗率为286克/kWh,而如今中国在火电煤耗率上已经实现了超越,同时老旧的“火电”设备均在逐步关闭。但这就结束了么?并没有,有资料表明最新一代的超超临界发电技术目标是继续降低10%的煤耗率,一旦实现将是全球火力发电技术再次向前的一大步。

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  根据英国《自然·能源》杂志在2019年发表的学术论文《中国发电厂实现大幅减排》中提到,自2014年以来,中国针对燃煤火电机组采取的超低排放改造措施已经取得显著成效。根据中国电力企业联合会的统计,2012年至2017年5年间,火电产生的二氧化硫、氮氧化物、烟尘排放量下降幅度达86%、89%、85%。

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  如在上一个“质疑”中讨论的一样,中国在转向清洁能源后,能源消费结构在逐步转型。2018年,全社会用电量约 6.8万亿kWh,同比增长8.5%,较2017年提高1.9个百分点,创近年来新高。其中第二产业(含交通)用电量增速为7.2%。

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  当风电、水电还有光伏发电得到合理的配电、输送和应用后,电价也将与火电形成平衡。专家表示,可再生能源若想不断扩大市场占比,必须正视与成本低廉的火电等传统能源的竞争,如果要按期完成我国向国际社会承诺的2030年非化石能源占能源消费总量比例达到20%的目标,必须加快可再生能源平价上网步伐。

《寻电之路》开篇总结

  通过上述的内容中我们能感受到,在“传统石油能源依赖进口“和“中国大力推进清洁能源技术”两个背景下,新能源汽车产业的发展必要性似乎在“用电”源头上找到了一些答案。在《寻电之路》第一期的内容中,我们之所以要延伸这一部分脱离汽车产业的内容,就是希望能够让我们正视中国当前的能源现状问题,也从而让我们接下来去挖掘新能源汽车产业的合理性具备了基础。

  在第二集中,我们也将正式开启《寻电之路》第一季的核心内容——电池从无到有的一生,因为有了第一集的铺垫,作为新能源汽车发展根基的“电池技术”追溯,将会给大家带来更多的看点以及你从未思考过的问题。小小的电池背后到底会有什么故事,第二集中我们有更多干货要分享。(本期策划/姚嘉 文/汽车之家 姚嘉)

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本期内容相关数据提供及资料参考:

  2016-11-16人民网《2030年我国非化石能源占消费总量比例达到20%》
  2018-11-02 和讯网《中国进口俄罗斯原油创纪录新高》
  2019-4-29 中国能源报《中国能源发展报告2018》
  2018-11-01中国电力企业联合会《全国电力供需形势分析预测报告》
  2019-03-24《中国油气产业发展分析与展望报告蓝皮书(2018—2019)》
  2019-10-13 微博作者:电池王《中国电力的清洁化之路:干净的煤炭发电》
  2019-10-7 英国《自然·能源》《超低排放标准出台后,中国发电厂实现大幅减排》
  2019-3-07《2019-2025年中国火力发电行业竞争格局分析及投资战略咨询报告》

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锂离子动力电池的重要位置

  [汽车之家 新能源团队]  锂电池是近代历史上伟大的创新技术,它让“电”拥有了一个可移动的载体,并直接影响了近代工业的发展。借助电池的力量,1973年,摩托罗拉公司发明了“移动手提电话”;1979年,世界第一台个人便携式磁带放音机(walkman)在索尼公司诞生;1985年,东芝推出了第一台真正意义上的笔记本电脑Toshiba T1100。而进入二十一世纪后,正像改变这些传统设备一样,电池正在对汽车产业进行着一次刷新体系的技术革命。

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  锂电池帮助了小型设备实现了移动化,直至今日实现了不可估量的移动设备市场。而电池同样也服务到了火车、轮船以及航天等重工业领域,这样一个个小小的“电池”,最终承载了推动现代化工业发展的责任。

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● 锂离子动力电池的重要位置

  当锂电池技术应用到了汽车领域之后,电池技术水平的高低直接决定了汽车产品的核心竞争力。和传统燃油车在发动机、变速箱等核心技术竞赛中一样,电池技术在当下成为了各国发展汽车电气化以及新能源产业发展的源头技术。战场虽切换,但硝烟依然浓厚。

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  电池技术直接影响了新能源汽车最关键的三个指标:续航、性能以及安全。从在消费电子时代开始,锂电池的尖端技术一直掌握在日韩企业中,其它国家在电池技术领域一直在试探性的发展和跟进,这也让日韩企业几乎是以寡头的身份控制着所有涉及电池技术的行业。但就当全球开始进行汽车电气化产业转型时,这个契机似乎让风向开始往中国转移。

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  全球汽车产业向电气化转型,对电池原材料的需求爆发式的增长。锂离子电池生产的原材料主要分为正负极材料、电解液、隔膜以及铜箔铝壳,正极材料要占总成本的三分之二。而作为锂离子电池正极原材料中最核心的部分,锂资源成为了近十几年来全球重要的稀土资源之一。伴随产业扩张,锂资源的需求量和价格也在持续增长。

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  资源储备和能源条件间接决定了下游技术的发展,像我们在寻电之路第一集中说道的一样,中国依赖石油进口不仅没有议价的主动性,并且在整个资源从开采到应用的产业链发展机会一并丢掉了。

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  而在电池原材料的争夺战中,中国几年前在拥有“丰富资源”的条件下,却因开采技术和生产技术的落后,强依赖于进口。我们先来看一些关键的信息和时间点:

  1.中国现拥有全球约三分之一的锂资源,主要集中在青海省分布式盐湖。
  2.虽然锂资源丰富,但几年前,中国电池原材料仍主要来源于进口,议价权弱势。
  3.盐湖提锂技术一直掌握在国际上少数的企业当中,此前中国“盐湖”主要用于提取镁、钾等工业元素。
  4.发展新能源产业后,需求推动中国从之前锂矿开采切换到高难度的“盐湖提锂”。
  5.中国在电池原材料端提取和生产的弱势,间接影响了新能源汽车市场的终端价格。
  6.因下游新能源汽车产业的推动,中国目前已规模量产电池正极材料“碳酸锂”的技术能力。

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  而就在过去几年时间中,中国在电池原材料锂资源的提取技术上有了突飞猛进的进步。为了真正挖掘到中国当前在这一冷门领域的技术成就,在《寻电之路》第一季中,我们深入到了青海省无人区腹地,零距离参与到了电池正极原材料从提取到生产的全过程。借助中国新能源产业而起飞的锂资源产业现状如何,这条产业链将带来多大的价值,我们都将在青海无人区内找到答案。

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  青海省格尔木市往北280公里,在方圆200公里的无人区内,围绕着“吉乃尔湖盐湖群”,一座于2017年投建,2018年正式投产的中国电池级碳酸锂工厂在短短两年的时间里开荒、破土、建厂、投产。

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青海无人区内的白色油田

中国锂资源产业的艰难之路

  中国在青海、西藏以及内蒙古地区均有不同密度的盐湖群,而青海省资源最为丰富,境内分布着上百个大大小小的盐湖,主要集中分布于柴达木盆地中南部的大柴旦、格尔木地区及东部乌兰县境内。青海盐湖中的钾、镁、锂、硼等矿产资源非常丰富,但在中国发起新能源产业前,青海盐湖在电池级锂元素提取技术上还处于“空白”的状态。

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  虽然锂资源一直以来都是我国盐湖资源丰产元素之一,但在大力推进新能源产业之前,中国盐湖提锂技术仅能达到工业级材料标准,掌握的提取和生产技术无法达到“电池级碳酸锂”的要求。同时此前由于本土市场需求量低(电池生产企业产能小),即便拥有丰富的盐湖资源,需求也不足以支撑起一条完整的电池原材料生产体系。

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  在中国发展新能源产业后,电池原材料下游产业的快速扩张对于锂资源产业进行了强大刺激,坐拥丰富盐湖资源的青海政府也意识到:传统盐湖产业必须升级,中国要有自己的“电池级锂产业”。

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  节目组驱车300公里从格尔木市前往到深处无人区中心的中国青海锂资源公司,这家公司是中国目前新一批“电池级碳酸锂”原材料生产企业之一,厂址位于青海省吉乃尔湖盐湖群周围。除了身处人迹罕见的无人区外,地质条件差,风沙气候严重,由于盐湖密集,该地区土壤盐分含量较高,多数植被难以生存,而唯一的交通途径就是G315国道西莎线。

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  新能源产业在对电池原材料的需求上 ,激发了传统盐湖企业的升级,但升级不仅仅是在技术上。新的厂址投建、设备引进以及技术人员的培养都是困难的。在我们达到厂区后,晚餐时工作人员介绍,在建厂时,最初的开荒团队都是携家带口一起来,工人建厂,妻子做饭,所有的物资都要一次性带足,因为一呆可能就是几个月甚至半年。

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  最新的盐湖提锂生产技术自动化率较高,多数员工的工作范围是化学测试以及设备监控。厂区领导表示,中国目前在这个领域的技术人才并不算多,传统盐湖化工行业的从业者也需要一定时间的培训上岗。以目前锂产业发展的条件来看,年轻人才的流动性还是很高的。

  就像开发新能源产业一样,打造一套全新标准化的“电池级锂产业”几乎要重头开始。盐湖选定,盐池分割,提锂晾晒,原液运输,原液储存,最终生产为符合动力电池要求的碳酸锂材料。而光从提锂晾晒到原液成品这一步,就需要一年半的时间。

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  我国西藏盐湖的锂含量品质较高于青海地区,最具开发价值,但开发难度也更大(海拔、交通以及其它配套基建等)。西藏盐湖卤水以锂、硼含量高为基本特征,显著特点是卤水的镁/锂值较低,甚至几乎不含Mg2+(镁阳离子),卤水单纯经过蒸发即可得到品质较好的碳酸锂。

  青海省虽然盐湖密集,但符合提取高标准“电池级锂材料”的盐湖主要集中在柴达木盆地附近,已经探明的33个盐湖中,锂资源储量达到了1396.77万吨。但储量大的背后,盐湖卤水内镁锂比例过大,锂离子浓度过低,极大加剧了提取的难度。这也是为何青海锂资源将厂址设在了无人区吉乃尔湖盐湖群附近的原因,这片盐湖虽然锂储量不高,但镁锂比例很小,只有18:1,非常适合做电池级碳酸锂材料的提取。

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  盐湖选址完毕算是完成了第一步的工作,第二步就是对盐湖进行分拆隔离,方法很简单,就是将一整个盐湖用盐粒渣土隔离成盐田,隔离后,每个区域负责不同晾晒工作。原盐水也将经过四步晾晒过程,成为最终可生产碳酸锂的“老卤水”。

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  吉乃尔湖盐湖群属于硫酸镁亚型的卤水,是青海盐湖中锂浓度最高的一个盐湖,可开采储量核定244万吨锂资源,卤水锂浓度平均超过0.4g/L,钾超过10克/L,支持每年生产4万吨碳酸锂的持续可开采规模。

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  青海锂资源公司目前采用称为“离子选择性迁移”的盐湖镁锂分离技术。盐湖提锂第一步是先提取盐湖中沉淀的深层卤水,然后经过第一个隔离池进行“脱氯化钠”,然后在隔离池中等待钾饱和,这个周期需要3-4个月的时间。硫酸镁亚型的卤水在晾晒过程中会析出两种固体矿,一种是软钾镁矾矿,所以在提锂过程中,也能够顺便生产其他类型的原材料。

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  脱钠结束后,卤水进入到第二个隔离池,在这里卤水继续进行晾晒,最终解析出硫酸钾与硫酸镁。而继续在池内等待镁饱和以后,卤水将分流到第三个隔离池中,进行最后一步:脱氯化镁。

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正极材料,电池产业的基石

  老卤水通过管道输送到15公里之外的青海锂业碳酸锂生产工厂,等待着正式生产。这座无人区内的工厂中,驻守着300多名员工,女性员工占据不到30分之一,工作周期是每20天休息10天,三班倒服务工厂7x24小时的生产任务。

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  这名员工负责精制蒸发车间的数据监控。当盐湖老卤水引入工厂后,首先将通过粗制蒸发形成颗粒较大的碳酸锂材料。之后再经过二次精制蒸发浓缩,最终形成了由氯化锂卤水到粉末状电池级碳酸锂材料。

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  相比于盐湖的多次晾晒过滤,氯化锂到碳酸锂的制作过程就要高效很多。目前青海锂资源一期已于2018年10月投产,在过去一年中已经实现了年产一万吨高品质碳酸锂的产能。而未来二期将建设年产1万吨碳酸锂、3万吨硼酸;三期将建设年产1万吨碳酸锂、30万吨硫酸钾生产规模。

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  晚饭过后,篮球厂挤满了员工,这是除了上网之外厂区内仅有的娱乐项目。篮球场外面是一些塑料绿植,午餐时的员工和我们说,假花假草是中秋晚会时家属带过来的,这里寸草不生,虽然绿植是假的,但有有些绿色总是好的。

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  节目组擦着夕阳离开了厂区,回程的路上我们才发现,距离这个厂区最近的一个村落(严格上是服务区)居然需要60公里的距离。这些中国新能源产业源头的劳动者们,就这样驻守在这片看似荒凉却是整个产业上扬的起点,盼好,盼越来越好。

电池正极材料生产,新能源产业第一个闭环

  卡车将碳酸锂从青海盐湖拉向它的省会西宁,与青海锂资源公司进行对接的正是它的母公司——青海泰丰先行锂能科技有限公司(下文简称泰丰先行)。这家公司的主要业务就是研发生产动力锂离子电池关键的正极材料磷酸铁锂、三元锂以及隔膜的研发和生产。而新能源产业的第一个小闭环,在原材料端形成了。

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  目前动力电池主要分为三元锂电池和磷酸铁锂电池,两者在碳酸锂材料的基础上分别应用了不同的正极材料,例如三元锂电池是由“镍钴锰”三种元素配合碳酸锂组成。目前除基础材料碳酸锂之外,三元锂的镍钴锰材料仍主要依赖进口。尤其钴作为“极其稀有”材料,目前全球资源主要集中在非洲地区。钴目前也是电池原材料中成本最高的材料。

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  泰丰先行是目前国内为数不多可以同时生产磷酸铁锂、三元锂、钴酸锂以及隔膜材料的电池正极材料企业。由于生产的多样化,这家公司在2017年时收购青海锂资源公司,从而自给自足,打造出了一个原材料提取、生产以及回收材料再利用的原材料产业闭环。

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  盐湖提取到碳酸锂生产完毕,这是正极材料生产中的一部分。在西宁厂区内,碳酸锂将根据生产种类的不同,分别与磷酸铁锂、三元锂的其它原材料进行混料、烧制、粉碎、二次烧制后才能够成为真正的电池正极原材料。

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  三元锂电池从2018年开始,成为了目前国内新能源汽车主要选择的动力电池技术。三元锂电池由根据正极材料镍钴锰匹配不同的分为了,523、622以及目前最新一代的811配比,811代表的则是三种成分的比值:镍0.8:钴0.1:锰0.1。

  过去几年中,全球的钴元素价格已经随着新能源汽车市场的爆发而冲破了天花板,这也让电池组制造成本难以下降(甚至有一定恶意垄断的可能),从而也限制住了车辆终端售价。而从电池生产商到车企角度,如何降低对钴的依赖性是控制整个成本链的关键,因此811配比已经成为了目前大家心之向往的三元锂电池路线,这同样也是正极材料生产商需要发力的方向。

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第二集总结

  盐湖提锂-碳酸锂生产-正极材料混料烧制-粉碎打包,锂离子动力电池的正极材料完成了全部的工作,之后将发往全国各地甚至日系品牌的电池工厂中。在那里,正极材料将和电解液、附加材料、隔膜还有铜箔铝壳相遇,进行正式的电池生产。

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  青海省如今已经成为中国最大的电池正极材料产地,除泰丰先行外,以比亚迪为例的整车企业也在当地建立了原材料提取+生产的基地。短短几年的发展,在新能源产业的推动下,中国通过学习和自研,在原材料提取生产技术上有了质变的进步,将价格几乎翻倍的下压,尤其在隔膜材料上,从之前的每平米5元,压缩到了每平米不足2元。技术越步的同时,也将青海这样一个曾经只有旅游业盛名的地区,带动成为了一个价值千亿的锂资源地区。(本期策划/姚嘉;图片拍摄/姚嘉;文/汽车之家 姚嘉)

下集预告:

  《寻电之路》第一季第三集,节目组继续追寻电池原材料的轨迹,前往了电池生产企业。电池是如何造出来的?新能源汽车中的电池包又是如何用尽手段来保障安全的?下一集的内容,我们将深入电池工厂一线,0距离寻找电池安全问题的答案。

  第三集上线时间:11月8日,本周五。

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安全从电芯打造就开始了

  [汽车之家 新能源团队]  上期内容我们追本溯源,深入中国西部腹地,看到了锂资源开采并提炼成各种材料,为制造新能源汽车的锂离子动力电池做准备。实际上无论是燃油车还是新能源汽车,安全永远是产品的第一指标,但锂离子动力电池天生就有不安全的基因,让它成为了说起新能源车型无法回避的问题。而且有一组数据,2019年相比于2018年,用户对于新能源汽车的购买热情降低了20%,这和因电池安全问题而引发的起火事件不无关系。这期我们深入到制造第一线,从电芯开始到电池包封装,追溯电池安全问题,看看电池厂商和车企又为此付出了什么代价和努力?而整个动力电池的蓬勃发展又给电池厂和汽车制造带来哪些挑战?

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一、当我们谈论电芯时我们在谈什么?

  1、一个单体电芯在安全上的打造

  从盐湖和矿区而来的各种原材料被运到了电池工厂,这些年随着新能源车型产销的增长,对动力电池的需求也逐渐增大,动力电池工厂的数量也在近年暴增,据不完全统计,曾经中国市场里动力电池厂多达155家。

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  根据韩国的SNEresearch公司预测,预计在2025年动力电池的市场需求将达到1243GWh,年复合增长率达到46%,但头部电池厂商占据大份额市场的结构不会改变,市场将继续追求优质动力电池。那优质的动力电池是如何生产出来的呢?让我们从组成它最小的单元——电芯说起,众数个或者数十个电芯会组成电池模组(Module),众多模组再组成电池包(Pack包),最后电池包会装车使用。小小的电芯不仅和车辆的续航里程、性能息息相关,更重要的是它将与整车的安全强相关,你的车安全与否从制造电芯这个关卡就开始了。

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  动力电池的正、负极片主要是通过搅拌、涂布、冷压切分三道工序完成,由于这三道工序工艺复杂、对产品一致率要求高、质量控制的好坏直接决定着电芯质量的好坏。所以目前主流电芯制造工厂在这三道主要工序上都有着较高的自动化率。每道工序几乎都是动力电池厂商的最高商业机密,就仿佛每家老字号美食店一样,总有一些“秘方”概不外传。

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  我们都知道锂离子动力电池来是从大家使用的手机、笔记本等消费级电池而来,卷绕的工艺就是从消费级电池那里继承下来的,而消费级电池在发展了多年之后,技术相对成熟、自动化率较高、成本也相对更低,被国内很多动力电池企业所采用。而叠片法由日韩企业研发应用在动力电池领域,由于可带来能量密度更高更高的电芯而逐步被大家所使用。

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   在电芯制造过程中,每一步都将影响电池的安全,比如在结构设计阶段,正负极活性物质面积比、极耳长度设计不合理,减薄铜箔、铝箔以及隔膜比例等,这些都可能对电池的安全性埋下隐患。制造工艺更是如此,叠片和卷绕的工艺将影响稳定性、外壳焊接影响电解液封闭性,隔膜材料的透气性和平整性影响晶支,这都将决定电芯的寿命以及安全。

  我们经常说的日韩电池企业在锂离子动力电池方面拥有竞争优势,其中很大的优势就是他们拥有更长的制造经验和优秀的制造工艺,良品率和成本控制表现都很优秀。以松下为例,1998年就开始量产笔记本电脑专用的圆柱形锂离子电池,2009年就开始和特斯拉合作研发高能量密度的锂离子动力电池,凭借业内优秀的锂离子电池生产线和成本优势让它迅速在全球锂离子电池市场上称霸。

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  国内动力电池这些年也逐步发力,以宁德时代、比亚迪等为首的电池厂商从研发开始,开发高能量密度的电芯,在圆柱、方壳、软包电池各方面齐头并进,并不断提高制造工艺流程和品质,打造高质量的电芯。这些年来从装机量和车企配套规模来看,国内这些动力电池厂并不输日韩的老大哥,在近一两年内还出现了反超。

2018年全球动力电池企业装机量排行榜TOP10
车型电池企业装机总电量(单位:GWh)
1宁德时代23.54
2松下23.3
3比亚迪11.6
4LG化学7.5
5AESE3.7
6三星SDI3.5
7国轩高科3
8力神2.1
9孚能2
10比克1.8
数据来源:起点研究院(SPIR)

  2、电芯天生就是不安全的?

  上文我们提到,无论是国内动力电池公司还是日韩电池公司,都在追逐高能量密度比的电芯,而高能量密度比又天生会伴随着一些不安全的因素,这个是目前阶段不可调和的矛盾。

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  在几种常见的正极活性材料当中,以镍钴锰最为活跃,它能释放的电越多,带来的能量密度越大,随之而来的是更长的续航里程。由于我国前几年对高能量密度、长续航里程的车型采取政策扶持,消费者对于长续航里程车型也情有独钟,让镍钴锰(三元锂)电池更为电动车企所喜爱。数据显示,2019年1月-9月,三元电池装机量27.13GWh,占比乘用车装机量88.65%,同比增长79.82%。

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数据来源:高工产业研究院(GGII)

  在三元锂电池当中,镍的比例越高越活跃,越能获得更高能量比,因此三元锂电池从最初的NCM523过渡到611,如今又迅速过渡到了811。可越是活跃就越容易发生热失控的问题,高镍配比的电芯尤其是。如何在能量密度和安全性之间达到平衡,这是动力电池企业和汽车厂商一直苦苦追寻的问题。想要获得高能量比的电芯又要保证安全,只能通过不断优化电极/电芯的结构以及配比设计、严格控制生产工艺,不断升级检测防护机制来实现。如果说电芯生产是一重防护,电池封包就是第二重防护,也是最后的底线,很多车企为了电池包的专利技术把握在自己手中和守住安全底线,都组建了自己的生产线,进行电池封包。

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电池成包安全如何保障?

二、在电池成包中如何保证安全?

  国内主流的动力电池厂商往往会提供包括电芯、模组、电池包生产到售后的一系列产品及解决方案。不过车企近几年也逐步渗透到供应链上游生产当中,或自行研发动力电池,或与电池企业合资成立公司。

国内部分动力电池厂电池配套情况
电池企业主要配套整车企业
宁德时代

BEIJING、吉利、上汽集团、广汽新能源、蔚来、威马、宝马、奔驰、大众、丰田

比亚迪比亚迪、长安
国轩高科江淮、奇瑞
力神江淮、长安、上汽通用五菱
亿纬锂能南京金龙、东风汽车
比克江铃汽车、海马汽车、长江汽车

  除了像比亚迪这种电池起家的企业能够完全自行研发生产动力电池外,多数整车企业仍是通过采用采购电芯、自己组模组或者电池包的模式。比如几年崛起的造车新势力,采购电芯和模组,自己组建电池包生产线,完成对核心零部件技术的掌控,同时也能够节约一定的成本。

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  我们所在的威马汽车制造工厂坐落在浙江温州的一片滩涂之地,属于填海造地而获得的一片工业区,周围一篇荒芜。威马的工程师和高管来到这里,学会的第一件事就是挨饿,因为周围太过偏僻,经常饥一顿饱一顿。即便是在如此艰难的条件下建设的工厂,威马依然建立了自己的电池成包车间,就是为了将封包技术和电池安全把控抓到自己的手中。

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  1、没那么简单的电池包

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  在电芯模组安装一旦出现偏差,电池包在行驶过程中就会出现摩擦的可能,这就为安全性埋下了一个隐患。威马在模组上料前增加了一个上线检测工位,自动化检测装置会检测模组内部的电压、电阻是否符合要求。每个模组都拥有一个条形码,所有信息会上传至云平台并同步到国家统一的机构,保证电池包全生命周期的追溯。

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  有些车企或者电池厂的电池包会采用焊接或者粘粘的技术将模组固定到壳体上,这样可有效控制电池包内部的起伏且能减轻一些重量。不过这样一来灵活性就差了一些,后期电池包出现问题需要整体更换电池包,增加了车主的成本和维修等待时间。

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  电池BMS管理系统可以说是电池包内非常关键的部分,它将电池包的温度把控在锂电池最合适的温度。温度低了,它要给电芯加热,温度太高它要给电芯散热。一旦电芯电流、电压、温度出现问题,它还要还要及时控制、及时止损以免出现爆炸、起火等事故。电热管理同样是现在车企非常重视的一项专利技术,每家车企的策略都会有所不同。

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  2、电池包也要体检

  电芯首次下线会做通电测试,车企采购后进场会做二次测试,打包成PACK后,还会再次测试。一颗电芯会经过重重测试,保证一致性,确保最终装车前PACK内电池组内电芯性能的统一。

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  首先是机械结构类的,电池包的重量、密封性都会进行验证。第二个是对电池包内电芯和模组的内阻进行检测,这个内阻数据非常重要,电池包在使用后期,随着充电循环次数增多,它的内阻会增大,这样它充电或者放电时更多的电量都消耗掉了。反映在我们的车辆上就是电池衰减,可行驶的续航里程下降,所以在电池包出厂之初就要严格控制电池包的内阻。

  第三类是高压电器方面的检测,包高压耐压、漏电的检测,是否符合国家强制标准。最后就是电子类检测,比如电流、电压采集是否精准,误差是否合理?这些数据决定了我们的电池管理系统的准确度。还有电池包对慢充、快充信号的接收、读取的速度和容错率。

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  此外,对于电池包的滥用性实验,在电池包设计之初就已经到国家实验室或者第三方检测机构进行过了。因为国家对此有相关的标准,电池包只有经过火烧、盐水,盐雾、短路、针刺、挤压、冲击等20多项滥用性实验才能被获准量产。

  3、工业化4.0下的电池包安全

  从电芯到电池包的生产过程中,我们看到太多为安全问题而做的设计。电芯或模组在电池厂下线后会做通电测试其是否符合标准,随后来到车企,车企上料之前还会进行第二次检测,打包成电池包之后,还会再次测试。一颗颗电芯会经过重重测试,最终确保电池包内的所有电芯都是一致的、安全的。

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  目前威马的这条电池包产线使用了四台ABB机械手臂,电芯的装配线和电池包安全检测线采用全自动化,流水线每个工位都靠AGV自动流转,根据总装产线配套生产,日峰值可生产200套。威马目前还在对PACK封包技术进行进一步的开发,在轻量化和安全系数上进一步提升。

  5、电动车平台将更有利于提升电池包的安全系数

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  电动车不能简单地理解为在燃油车外壳下加一块电池包这么简单,以前为了成本考虑,车企会在燃油车平台上针对电动车进行二次开发,可车企们越来越发现燃油车平台对于电动车的禁锢。比如燃油车平台对电池包容量大小有一定的要求,不加入电池包后会侵占一定的空间等。更多的车企开始开发专属电动车的平台,大众的MEB平台、比亚迪的e平台都是如此。

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  在总装车间完成装车后的车辆还会进入跑道测试,车辆进入特定的试验跑道上进行测试,比如凸包路、颠簸路、小石块路、极限弯道,还有特定的涉水路面,目的就是模拟车主可能遇到的各种路况,对车辆做最后的检测。

  威马温州工厂北邻港口、南邻机场,占尽了仓储物流的优势,从这里下线的新能源车型通过陆运、海运发往了全国各地。就像温州这片滩涂能够在短短三年时间发展成工厂、住宅区到学校、医院一应俱全的开发区,新能源车型市场也如新生的嫩芽一样,短短几年就蓬勃发展起来。我们在纵向贯通产业链的同时,也不得不把眼光放得开阔一些,在整个行业内看看这些新的产业链带给动力电池制造企业到汽车制造企业哪些新的挑战和机遇?

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电气化发展给动力电池厂、车企带来什么挑战?

三、电气化发展大潮带来的挑战

  1、新能源车崛促使动力电池需求猛增

  装载着这些电池包的车辆会进入到千家万户,或者进入到出租车市场、分时租赁市场、公共交通领域。近年来新能源车型作为一个细分车型市场,它的迅速崛起成为了一个新的经济增长点。

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  伴随新能源汽车的高速发展,动力电池需求也是迅速增长,根据高工产业研究院(GGII)整理数据,我国的动力电池需求量已超过消费类电池,2019年1-9月动力电池装机量约42GWh,同比增长47%。

2019年上半年动力电池企业累计装机情况
排名电池企业装机总电量(单位:万辆)装机总电量(单位:GWh)市场份额
1宁德时代26.2613.6445.5%
2比亚迪13.637.3624.5%
3国轩高科3.781.765.9%
4天津力神1.620.812.7%
5亿纬锂能3.960.561.9%
6孚能科技1.190.551.8%
7中航锂电0.920.491.6%
8比克电池1.30.491.6%
9多氟多1.080.391.3%
10卡耐新能源1.220.321.1%
数据来源:GGII;制表:汽车之家行业团队

  不过随着新能源车型补贴退坡,资本离场等因素,国内电池厂已经脱离裸眼狂奔的阶段,逐步走入正规化。据不完全统计,2019年上半年存活的电池厂商已经从顶峰时期的155家缩水到60家,头部电池厂商占据主要市场份额并逐步扩大优势。

  2、汽车制造也遇新挑战

  车型向着电气化发展的大趋势不仅给动力电池厂商带来了前所未有的挑战,同时也对汽车厂商提出了新的要求。尤其是中国品牌车企,内燃机时代时由于我们进入的比较晚,所以不可否认我们和国际一流水平有些差距,这几年来一直在追赶。然而电气化给了我们弯道超车的机会,如何把握机会是每个中国品牌车企需要面对的问题。

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跨国车企新能源汽车产能规划
车企名称车型规划新能源汽车工厂在华布局电池配套
大众汽车2020年推出30款电动化车型佛山及安亭新能源MEB工厂电动车产能合计达到60万辆与LG化学和宁德时代签署电池供应合同,并拟在欧洲自建工厂生产固态电池
通用汽车2020年投产10款电动化汽车上海金桥基地负责新能源汽车生产,武汉基地在规划中上海金桥建设锂电池组装工厂,并加速电驱动生产布局
日产汽车2022年前推出40款电动化车型

郑州工厂:年产能26万辆

花都工厂:年产能55万辆(不限于新能源汽车)

轩逸·纯电搭载宁德时代动力电池;未来将实现中国动力电池本地化生产
丰田汽车2025年所有车型均配备电动化版本泰达工厂:年产能12万辆零部件自主生产
本田汽车2025年推至少20款电动化车型第三工厂:年产能17万辆与宁德时代签约开发电动车
福特汽车2025年底推出超50款电动化车型金华工厂:年产能30万辆签约国轩高科为福特众泰首款车提供三元动力电池
PSA未来两年推出15款电动化车型襄阳工厂:投产EP6FADT PHEV发动机与日本电产合作生产电动牵引马达
宝马汽车2025年推出25款电动化车型常州金坛工厂:与长城合作投产光束汽车在沈阳成立动力电池中心,计划2020年启动生产
戴姆勒集团2022年以前发布超过50款电动化汽车与北汽合作建立纯电动生产基地与北汽合作建立电池工厂
雷诺集团2020年推出20款电动化车型武汉工厂:年产能15万辆与宁德时代签约合作
信息截至2018年年底,制表:汽车之家 行业团队

  国际上一些传统的汽车制造集团纷纷转型,它们对工厂建设方面的投资也从一个侧面显示出它们对于占领新能源车型市场的勃勃野心。好在国内主流车企在这方面的布局也比较早,比亚迪、北汽集团、广汽集团、吉利汽车等车企都从研发投入、工厂建设、平台开发上做了大量努力。

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  3、造车新势力入局成鲶鱼效应?

  当我们还在考量传统车企转型的速度和气魄时,不能忽视的是近年来国内崛起的造车新势力。它们不存在转型的问题,诞生之初就专注于新能源产品,赶上了智能化共享化的时代,它们的供应链体系和制造工厂从建设之初就是以电动车产品为核心打造的。

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  国内这些造车新势力凭借“船小”的优势,能够对每次车市新浪潮做出及时的反应,在电气化浪潮之下它们给传统汽车制造业带来了很多新的想法和模式。它们从这个角度来说,造车新势力或许能够凭借这些优势形成一定的鲶鱼效应,激励着中国品牌新汽车制造商们完成弯道超车。

第三集总结:

  过去几年新能源汽车行业取得了长足发展,中国已经连续三年成为全球最大的新能源汽车市场。但2019年以来,受车市下行和补贴退坡的影响,新能源汽车销量急速下滑,7到9月产销量已经连续三个月下降。但最近工信部牵头制定《2021年-2035年新能源汽车发展规划》(征求意见稿)(下称《征求意见稿》),稿件当中指明了一些方向,到2025年,新能源汽车销量占当年汽车总销量的20%,有条件自动驾驶智能网联汽车销量占比30%。电动化、网联化、智能化、共享化仍然是这个时代的趋势。

  各大车企也在这一领域的布局也会逐步发力。据不完全数据统计,到2025年,各车企计划推出的新能源新车型达200款以上,其中大部分车型都将在华落地。为了应对这个局面,在工业化4.0制造背景下,中国品牌整车制造厂商和动力电池厂商需要共同努力、深度绑定,这样才能在快速迭代和变化的电动车技术发展时代,占据主动位置,一起推动整个产业快速、健康地向前发展。

下期预告:

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  我国的新能源汽车还在发展过程中,无论是动力厂商还是整车制造厂商,良性的产业链闭环不仅有助于产业快速发展,同样还有利于资源再生利用,因此动力电池的回收再利用也是不能忽视的一个重要部分,下一集我们将谈论动力电池的回收再利用,动力电池寿命结束是否会带来二次污染?在朝气蓬勃的新能源产业之下,回收利用是否能跟得上快速发展的节拍?我国的动力电池回收又会遇到什么样的难题?我们将一一为您解答。(文/图 汽车之家 姜田双 摄 姚嘉)

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先需弄清楚为什么要回收动力电池?

  [汽车之家 行业]  一颗普通电池弃入大自然后,可以污染60万升水,相当于一个人一生的用水量。废电池无论是在大气中还是深埋于地下,其重金属成份都会随渗液溢出,造成地下水和土壤的污染,日积月累还会严重危害人类健康。因此,我们在研究动力电池从哪里来的同时,更需要了解它会到哪里去。

  于是,在上期内容我们走访了多家车企,了解了动力电池成组、使用环节后,这次我们选择走访动力电池回收企业,以期还原电池回收产业的来龙去脉,并尝试着回答作为消费者最关心的新能源车报废“退休”问题,以及在回收过程中是否会造成污染,违背“环保”的初衷。

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1、首先需弄清楚为什么要回收动力电池?

一大波动力电池正在陆续退役

  如果从2009年“十城千辆”工程算起,我国新能源汽车推广已经有10年的时间,而动力蓄电池使用年限一般在5至8年,有效寿命则在4至6年,这意味着早期投入市场的新能源车动力电池已处于陆续淘汰阶段。

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  根据国家标准GB/T31484-2015中关于电动汽车电池标准循环寿命的规定:“经过500次1C充放电循环后,放电容量需大于初始电池容量的90%或经过1000次1C充放电循环后,放电容量需大于初始电池容量的80%即为合格标准(其中1C充放电循环的解释为:一次完整充放电,即从容量100%释放到0%,然后再充满,这就是在1C规定电压标准下充放电循环)。”

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  而关于电动汽车电池的使用寿命,国家规定在使用8年/12万公里后,电池容量不得低于初始容量80%的标准。除了国家标准外,各电动汽车厂家也有着对于自家电池使用寿命的规定。目前各厂家都有一套专业的机制和设备来检测电池的损耗程度,而各个厂家的标准基本基本都是:对于家庭电动汽车用户来说,正常使用10年/20万公里;公务用车使用6年/60万公里后,电池容量不得低于80%的标准。相对来说,目前电动汽车厂家关于电池使用寿命的标准要略高于国家标准。

车企关于新能源整车及电池包质保情况(部分)
序号车企整车质保电池包质保
1比亚迪6年/15万公里8年/15万公里
2北汽新能源3年/12万公里8年/15万公里
3上汽乘用车5年/10万公里8年/12万公里
4吉利3年/12万公里8年/15万公里
5奇瑞新能源3年/12万公里8年/12万公里
6江淮5年/10万公里8年/15万公里
7众泰3年/6万公里8年/12万公里
8江铃新能源3年/6万公里8年/12万公里
9上汽通用五菱3年/6万公里8年/12万公里
10华晨宝马3年/10万公里8年/12万公里
制表:汽车之家 行业团队

  无论标准高低,动力电池总有退役的时候。按照新能源汽车“5年/10万公里”的质保期,中国汽车技术研究中心曾做过一个测算,预计2020年,动力电池将进入规模化退役阶段,2020年累计将超过20万吨(24.6GWh),如果按70%可用于梯次利用计算,大约有累计6万吨电池需要报废处理。这意味着,新能源汽车动力蓄电池大规模报废的浪潮即将到来。

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处理不当,会对环境造成极大的伤害

  显然,报废的锂电池如果随意丢弃或者处理不当,会对生态环境造成严重的负面影响,毕竟,其正负极都包含一定毒害性的化学物质、难降解的材料等,可能会对生态系统产生破坏,并最终对人类健康带来损害。

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  动力电池主要材料中虽然不含汞、镉、铅等毒害性较大的重金属元素,但在正极、电解液等多种材料中也含有钴、镍、铜、锰、有机碳酸酯等具有一定毒害性的化学物质。部分难降解的有机溶剂及其分解和水解产物会对大气、水、土壤造成严重污染并对生态系统产生破坏;钴、镍、铜等重金属在环境中的富集效应最终会对人类健康带来损害。

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有效回收或可获得千亿市场

  另一方面,有效的动力电池回收却能带来巨大的经济价值。很多人都知道,动力电池中含有锂、钴、镍等高价值金属,它们回收后能产生较大的资源价值。根据国海证券预测,仅聚焦磷酸铁锂、三元锂电池,按照磷酸铁锂电池报废期5年、三元锂电池报废期6年测算,2019年开始动力电池将进入规模性报废期,预计到2020年动力电池报废装机量将达到24.7GWh。预计2019-2025年动力电池回收合计市场空间有望超过600亿元,2019-2025年均复合增速有望达到50%。

不同类型动力电池的金属含量占比

动力电池类

主要包含金属

镍含量占比

钴含量占比

锰含量占比

锂含量占比

稀土元素含量占比

镍氢电池

镍、钴、铼

35%

4%

1%

/

8%

钴酸锂电池

锂、钴

/18%/

2%

/

磷酸铁锂电池

///

1.1%

/

锰酸锂电池

锂、锰

//

10.7%

1.4%

/

三元系材料

锂、镍、锰、钴

12%

5%

7%

1.2%

/
数据来源:国海证券研究所;制表:汽车之家 行业团队

  此外,资源的有限性也是动力电池回收的必要因素之一。以钴为例,全球钴储量约710万吨,主要集中在刚果(金)、澳大利亚、古巴、新喀里多尼亚、赞比亚和俄罗斯,中国仅占1%。刚果(金)的钴储量为340万吨,占全球钴储量的48%,居世界第一位,但由于刚果(金)地区政局不稳定,使得全球的钴供应具有了一定的不确定性。

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  退役三元电池的正极材料经过加工提纯可再次用于三元前驱体的制造,可部分满足未来对于动力电池制造的需求,减少对于国外原材料进口的依赖,帮助企业控制原材料成本上涨带来的不利影响。据东方证券预测,到2025年回收的钴金属量能够占到当年需求的70%。通过对电池材料循环利用,可以很好的解决我国相关原材料资源短缺的问题。

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从整车报废到电池拆解回收是怎样过程?

2、从整车报废到电池拆解回收是怎样的过程?

完整还原动力电池拆解过程

  双“动力”之下,一大批企业进入动力电池回收领域。深圳乾泰能源再生技术有限公司(以下简称“乾泰”)属于其中之一。这是一家具备从报废新能源汽车拆解,到退役动力电池拆解、回收、梯次利用与元素再生的资质和产能的企业。据乾泰公司董事长张树全介绍,投入动力电池回收行业,环保因素有之,赚钱因素也有之。

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  乾泰产业园位于深汕特别合作区,后者于2011年5月运作,但2018年12月深圳市深汕特别合作区党工委、管委会才正式挂牌,处于起步建设状态。我们达到合作区时发现周边还比较荒芜,而就是在这样一片土壤中,一个新兴的产业正在崛起。

  2019年年中,乾泰取得广东省商务厅颁发的“广东省报废汽车回收拆解企业资格证”,据介绍,这是目前中国第一家获准专门开展新能源汽车报废回收拆解业务的企业。目前,其产业园已经建有车辆拆解示范工厂、电池系统拆解工厂、材料回收工厂、梯次利用PACK工厂四条产线。

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  如果说乾泰最终将回收材料卖给相关企业,还不能完全解决我们电池拆解后到底如何利用的难题,那么我们去的第二家企业赛德美对这点能够解释的更清楚一些。据悉,一方面,赛德美全自动生产线会采用物理的方法,把单体电池拆解成壳体、隔膜、电解液、正极粉、负极粉、铜和铝这七种可回收、可利用的资源;另一方面其还具有材料修复技术,可将废旧正、负极材料修复再生,重新回到电池生产环节。

多种回收方法各有利弊

  上述两家企业使用的动力电池拆解回收主要是物理法(以干法回收为主),实际上,电池回收还包括化学法(以湿法回收为主)和生物法,其中化学法回收有价材料后,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;生物法则是利用特定微生物代谢作用,将电池成分溶解到介质溶液。

正极回收的三种方法
后续处理方法内容优点缺点
干法回收不通过溶液等媒介,直接实现各类电池材料或有价金属的回收,主要包括机械分选法和高温热解法可回收汞、镍、锌等更多的重金属可能造成二次污染,且能量消耗相对较高
湿法回收是对锂电池进行破碎分选一溶解浸出一分离回收的处理过程。主要包括湿法冶金、化学萃取以及离子交换等三种方法对设备和操作要求低,化学反应选择多,产品纯度高,能够合理控制投料,对空气无影响反应速度慢,物料通过量小,工艺复杂,成本高,回收产品价值低
生物回收技术技术主要是利用微生物浸出,将体系的有用组分转化 为可溶化合物并选择性地溶解出来,实现目标组分与 杂质组分分高,最终回收锂、钴、镍等有价金属成本低,污染小,能源消耗低,微生物可重复利用微生物菌类培养困难,浸出环境要求高
数据来源:东方证券研究所;制表:汽车之家 行业团队

  有资料显示,三元电池中高价值金属含量较高,采用湿法回收工艺对有价材料的回收效率较高,收益明显。据测算,采用湿法回收工艺回收每吨三元电池的平均收益超过17000元,而处理成本约15000元,因此湿法回收工艺回收每吨三元电池可获得收益约3000元。

梯次利用是回收电池的另一大选择

  相比之下,磷酸铁锂电池材料成分不含贵重金属,进行资源化的价值较低,因此,磷酸铁锂电池相对而言梯次利用的价值更高。当然,在条件允许的情况下,三元锂电池也会进行梯次利用。目前我国动力电池梯次利用主要有三大应用场景:通信、储能及低速电动车等。

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  其中,通信方面中国铁塔做的较早,据介绍,截止今年9月中国铁塔已在全国30万基站,使用梯次电池4GWh,相当于10万辆电动乘用车的退役量;电力系统储能则或为梯次利用提供大规模应用空间,在促进清洁能源消纳、增强电网调峰能力、改善负荷特性的背景下,电力的发输配用各环节均为储能应用的典型环节;此外,梯级利用有望成为低速电动车等蓄电池替代的优选。当然,当电池梯次利用到极限后,依然会采用拆解的方式,回归到材料、元素,以确保对环境不造成伤害。

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  目前来说,动力电池回收主要采用上述两种方法,即报废拆解与梯次利用。政策引导是鼓励先梯次利用、再拆解回收,以充分发挥废旧电池的经济效益。但受制于电池均一性和成本影响,目前梯次利用的量比较小。

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  GGII数据显示,2018年全国梯次利用和拆解报废的锂电池(含数码锂电池)共9.5万吨,用于拆解的电池占2018年回收总电池量的98.8%。不过,目前主要还是以数码为主,而废旧的动力电池回收量仅为1.35万吨,其中三元动力电池的量占比94.3%,用于拆解回收的动力电池量占92.8%。

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动力电池回收过程中有哪些难题?

3、动力电池回收过程中有哪些难题?

回收产业前途光明但当下面临诸多难点

  “这可能是地球上存放旧电池最多的地方。”在乾泰工厂内存有的1.3万个动力电池包。但实际上拿到这批电池有运气的成分在,更多时候,如何拿到动力电池,也是让电池回收企业头疼的难题。

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  目前废旧动力电池回收来源主要有三个方面。第一是动力电池厂商生产出的次品和整车企业在装备过程中产生的次品,这两类电池不经过消费者直接从动力电池厂商和整车厂商回收到综合利用企业;第二种是从整车厂商经过经销商到达消费者手中,当消费者手中的电池退役后,通过汽车售后服务更换动力电池或者汽车报废后交给报废处理企业,经过这两种渠道回收废旧电池;第三种通过电池租赁企业更换废旧电池,由电池租赁业负责回收废旧电池。

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  那么电池如何到废旧电池回收企业手中呢?答曰:竞拍。据悉,很多退役电池需要采取竞拍方式获得,这导致成本很高。这又延伸到另一个难题,废旧动力电池定价难。毫无疑问,作为处置电池的企业希望价格卖得越高越好,而回收企业则希望越低越好。“没有统一的标准确实是个大难题。”深圳乾泰能源再生技术有限公司副总裁林忠军希望能够尽快出台相关政策,确保产业的有序推进。

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   就目前而言,林忠军称,乾泰定价方式主要是根据电池里面的残余金属的含量,以及电池的使用状况来综合评估确定。“目前我们也还在探索中,并没有形成非常准确科学的定价依据和定价模式。”不过,在他看来,废旧电池定价需要远远低于铅酸电池的市场价格,才能把梯次利用电池产业做起来。

  除此之外,看似大有可为的动力电池市场还存在一系列难题。一是电池的标准化问题,厂商多、电芯规格不统一,筛选、拆解困难,缺乏稳定的货源;二是性能问题,材料种类繁多、电池单体一致性差、寿命预测评估复杂、存在安全隐患。三是市场应用问题,由于标准化和性能问题,只能应用在单体电芯利用低功率、低容量应用:充电宝、电动蚊拍、小电动玩具等。储能等高端应用仍停留在理论或者试点阶段;四是商业化问题,梯次回收利用难度大,缺乏有实力的企业介入,整个回收产业现在还处于散、小、乱的阶段。这意味着,收废旧电池赚点小钱容易,形成稳定、利润稳定的商业模式难。

国外企业起步较早,产业较为成熟

  相对而言,欧美发达国家因为较早开始重视电池回收问题,以德国、日本、美国为代表的国家回收模式已较为成熟。此前,欧美日本等发达国家在铅酸电池、消费锂电池等回收方面建立的回收体系取得良好的效果,因此对于汽车动力电池的回收利用,基本沿用了此前的回收经验,形成了由动力电池生产企业承担电池回收主要责任的制度机制。

德国、日本、美国电池回收情况
国家电池回收开始时间法规框架回收责任人商业模式
德国1998年欧盟废弃物框架指令(2009/98/EC)、电池回收指令商业模式(2006/66/EC)电池产业链上的生产商、销售商、回收商和消费基金及押金机制,电池制造商和电子电器制造商协会联合成立GRS基金负责运转
日本1994年1994年开始实施回收电池计划,2000年起政府规定电池生产方式转为“循环、降低、再利用”生产商政府补贴
美国20世纪90年代含汞电池和可充电电池回收管理法消费者是回收的开端市场调节为主、政府管理为辅,消费者及电池生产企业分别支付附加环境费及回收费
资料来源:国海证券研究所;制表:汽车之家 行业团队

  其中,欧盟从2008年开始强制要求电池生产商建立汽车废旧电池回收体系;同时对电池产业链上的生产商、进口商、销售商、消费者等都提出了明确的法定义务。同时,通过“押金制度”促使消费者主动上交废旧电池。

  美国大部分州采用由美国国际电池协会设计的法规制度,同样强制要求电池零售商回收废旧电池,并要求电池生产商在生产过程中就要采用便于回收的设计和标识;对产业链上的其他主体,则由电池企业通过价格机制引导其参与进来。

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  日本从2000年起即规定电池生产商负责镍氢和锂电池回收,并要求电池产品设计要利于回收。但政府会对电池厂商给予补助,以提高企业回收的积极性。而消费者等其他主体参与电池回收则是基于“自愿努力”,因此电池厂商可通过相关渠道免费从消费者手中回收电池。

  可以看出,国外动力电池回收国家具备相对健全的法律法规保障,完整的废旧电池回收网络,电池生产企业在回收中承担主要责任,押金制度、政府补贴、基金会等成熟的付费商业模式已经得到多年的应用。

国外企业梯次利用项目(部分)

国外企业

相关项目

日产(日本)

日产聆风(Leaf)电动车的二次电池为JohanCruijff竞技场供电。该公司安装了一个巨大的储能系统,由148个日产聆风电池组组成,每小时能产生2.8兆瓦能量,并从安装于体育场屋顶的4200多块太阳能电池板中获取能量。

Younicos(欧洲)

在欧洲,Younicos回收电池用以建立组合分布式能源的虚拟电厂,并会参与

一次调频市场的电价制定。德国博世集团利用宝马的ActiveE和i3纯电动汽车报废的电池建造了2MW/2MWh的大型光伏电站储能系统。

Tesla(美国)

特斯拉也在电网级储能应用,家用储能墙,太阳能储能等业务做了部署。这些未来也都是潜在梯次利用的场景。
制表:汽车之家 行业团队

  此外,国外企业在动力电池回收领域也多有布局,并小有成果。其中博世集团利用宝马的ActiveE和i3纯电动车报废的电池建造了2MW/2MWh的大型官府电站储能项目,相比于在大型储能系统上开展应用需要考虑的电池一致性问题,在个人领域上的应用对一致性的要求就比较低。车企方面,日产、特斯拉也是早有布局。

我国多政策出台,为回收产业护航

  实际上,我国在新能源汽车产业形成的初期,就已经认识到动力电池报废的相关问题,不断出台动力电池回收政策,完善回收体系建设。随着动力电池报废高峰来临,近期政策更是接连出台,表明了国家对于动力电池回收问题的高度重视,也为我国动力电池行业长期稳定的发展提供了政策支持。

汽车之家

  2016年以来,为了防止走其他废弃物治理走过的“先乱后治”的老路,国家动力电池回收利用政策制定频率更是明显加快。截至目前,国家已密集发布了10余项电池回收相关的政策法规,电池回收利用的政策体系也已初步成型。

  今年11月,工信部又发布《新能源汽车动力蓄电池回收服务网点建设和运营指南》,明确要求新能源汽车生产及梯次利用等企业应按照国家有关管理要求建立回收服务网点,新能源汽车生产、动力蓄电池生产、报废机动车回收拆解、综合利用等企业可共建、共用回收服务网点。

汽车之家

  此外,政策还指出,回收服务网点负责收集、分类、贮存及包装废旧动力蓄电池,不得擅自对收集的废旧动力蓄电池进行安全检查外的拆解处理。应在营业场所显著位置设置提示性信息,内容应包含“废旧动力蓄电池回收服务网点”字样。应详细记录电池来源、编码、种类、数量、去向及所装配车辆的VIN码等信息,保留记录三年备查。

  政策制定后,如何有效的执行是关键。我们也期待有更多的好消息……

第四集总结:

  从整个行业来看,动力电池回收环节的产业链可延伸到新能源汽车和储能领域。上游以新能源汽车企业为主体,包括了新能源汽车售后服务网点、电池租赁企业以及回收服务网点;下游则以梯次利用企业和锂电材料生产企业为主体。

  可以说回收为动力电池产业链补上了最后一环,而产业上下游也都在期待动力电池回收产业的健康壮大。从材料行业来说,资源的丰富性,可以降低采购成本;从整车行业来说,动力电池回收价格的确定,可以将这部分利益提前拿到,此前已有电池企业和整车厂签订协议,如果最终愿意将电池回归该电池厂,在购买环节就可以降价销售;甚至动力回收价格的稳定还会影响到分时租赁/网约车市场,有分时租赁相关负责人介绍,如果动力电池价格稳定,可以降低购车成本,促进行业向盈利发展;而对消费者来说,毫无疑问,各个环节的降价,必然会导致整车价格的下降。

  因此,虽然处于发展初期的当下,整个动力电池回收产业还面临诸多难题,但无论是出于对环境的保护,还是抢占即将到来的万亿市场,回收问题都迫在眉睫。(文/汽车之家 章涟漪;图/汽车之家 姚嘉、姜田双)

文章标签: 电动车技术
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