[电池完全征服](31)成“群星大战”的电池回收谁能笑到最后

by Kang Heejong

Published 06 Apr.2024 08:00(KST)

Updated 08 Apr.2024 07:35(KST)

编者按当下是电池的时代。手机、笔记本电脑、电动汽车等几乎所有地方都有电池。[电池完全征服]栏目面向想了解电池的一般读者、学生以及关注电池产业及相关企业的投资者，旨在以通俗易懂的方式介绍电池基础知识与生态体系、企业信息、产业走势与前景。我们将于每周六与各位见面。

今年3月，澳大利亚Lithium Australia的子公司Envirostream先后与LG能源解决方案和现代Glovis签署了电池回收合同。根据该合同，Envirostream将在3年内独家负责两家公司产生的废旧电池的回收与再利用。

在此之前，韩国使用后电池回收企业Sungil Hitech表示，已与Lithium Australia签署了关于黑粉（电池粉末）的长期采购合同（off take·长期购买）及联合开发（JDA）相关谅解备忘录（MOU）。根据该合同，由Envirostream收集并进行初步加工的黑粉（black powder）将交由Sungil Hitech提取其中的核心矿物。

这一系列合同很好地展示了由韩国电池电芯制造商—整车企业—海外电池回收企业—韩国电池回收企业串联而成的电动汽车废旧电池回收循环生态体系。

随着电动汽车的普及，为抢占预计今后将形成数十万亿韩元规模的使用后电池市场，一场全球大战正在全面打响。使用后电池市场最初以专业企业为中心成长，但如今从原材料企业到材料、电池电芯企业，甚至整车企业都直接进入电池回收市场，可谓让人联想到战国群雄割据的局面。各企业之间的联合与结盟也在积极展开。

使用后电池的再利用与再使用业务，除了盈利性之外，在供应链管理（SCM）和稳定获取原料方面也具有重要意义。不仅是技术实力，谁能掌握广泛的全球网络，正成为核心竞争力。

废旧电池的三种再利用方式

过去，人们习惯把电动汽车用过的电池称为废电池，但目前更倾向于使用“使用后电池”这一说法。“废电池”一词内含“废弃物”的含义。然而，从电动汽车上拆下来的电池并非直接丢弃，而是通过多种方式再使用或再循环，形成了一个完整的产业门类，这正是“使用后电池”这一术语诞生的背景。英语国家多使用“EOL（End Of Life）电池”这一表达。

在报废或维修电动汽车的过程中产生的使用后电池，主要通过再制造、再使用、再循环三种方式加以利用。再制造是指将使用后电池拆解、进行电芯均衡、重新组装并检测，使其恢复到原有性能后再次使用。

再使用是指将使用后电池作为部件加以再利用，用于制造和销售电动汽车以外的产品，如能源储存装置（ESS）、不间断电源装置（IPS）等。即使是报废电池，其剩余充电容量仍有60%~80%，仍然具有较高的利用价值。

目前在电池行业最受关注、并崛起为有前景产业的是“再循环”。所谓再循环，是指将使用后电池拆解后，从中提取锂、钴、镍等有价金属，再次用作电池原料。电池回收因在城市中提取矿物，常被比喻为“城市矿山”。

电池再循环按工艺方式可分为干法工艺（pyro-metallurgy）、湿法工艺（hydro-metallurgy）以及直接再循环（direct recycling）。

其中，直接再循环是指将涂覆在电池正极上的活性物质以物理方式剥离下来进行再利用。直接再循环方式成本低、更加环保，但目前仍停留在实验室阶段。美国的Onto Technology、Princeton Nuenergy以及中国的Farasis等企业正在引入直接再循环方式。

图片来源=SNE Research

干法工艺和湿法工艺大致分为前处理和后处理两个环节。前处理是指对使用后电池进行放电、拆解后，制成黑质（black mass）、黑粉（black powder）等可再循环原料的过程。后处理则是从上述获得的原料中直接提取有价金属的工艺。根据企业不同，有的专注于前处理或后处理，也有同时开展两种业务的企业。

干法工艺是指对使用后电池放电、拆解后进行破碎，将得到的碎片（flake·碎片）投入温度为摄氏1200~1400℃的高炉中熔融，以此来提取金属。熔入高炉的原料由于密度差异，被分离为上层的炉渣（slag）和下层的金属合金层。

由镍、钴、铜构成的下层合金，由于各自熔点不同，可利用温度差进行分离提取。但由锂、锰构成的上层炉渣以氧化物形态的分子结构稳定结合，导致锂的回收率不高，这是其一大缺点。

干法工艺的优点是工艺相对简单，能够轻松处理大量使用后电池。但由于需要运行高温高炉，能耗巨大，并排放大量碳，对环境造成较大负担，这是其劣势。

采用干法工艺的代表企业是比利时的Umicore，韩国国内则有Young Poong、Korea Zinc应用这一方式。Young Poong还曾表示，通过干法熔炼方式实现了90%的锂回收率。

目前，大多数电池回收企业采用的湿法工艺，是通过化学方式处理原料以提取有价金属。韩国国内的Sungil Hitech、Saebit Chem、ISTMC、EcoPro CNG等企业均采用这一方式。中国的Brunp、GEM、华友钴业、CNGR，加拿大的Li-Cycle、RecycLiCo，美国的Redwood、Ascend Elements等大部分企业也采用湿法工艺提取金属。市场认为湿法工艺的占有率约为90%。

图片来源=SNE Research

在湿法工艺中，首先对使用后电池进行破碎和粉碎，制成细粉状的黑粉。随后将黑粉投入硫酸溶液中，使金属物质以离子形态浸出。去除杂质后，再加入能够引发选择性化学反应的溶剂，依次提取硫酸锰、硫酸钴、硫酸镍和碳酸锂。据悉，锂的回收率约为90%。由于经济性不足，有时会选择不提取锰。

湿法工艺相较于干法工艺，金属回收率更高，但运营成本也相对较高。此外，还会产生名为芒硝（Na2SO4·硫酸钠）的最终副产物废水，引发环境问题。

废旧电池回收是“城市矿山”……到2040年市场规模达63万亿韩元

使用后电池市场受到关注的原因在于，随着电动汽车的普及，预计今后8~10年后，从电动汽车中退役的电池将会激增。虽然当前全球电动汽车市场的增速有所放缓，但认为其未来仍将持续扩大的观点几乎没有异议。由此可见，未来从报废电动汽车上拆除并被废弃处理的废旧电池数量也将大幅增加。

根据市场调研机构SNE Research近期发布的报告，以回收锂、镍、钴等金属为基准，全球电池回收（再使用/再循环）市场规模预计将从2025年的53.5千吨（kton）增长到2030年的93.5千吨，再到2040年的284.3千吨，年均增长率约为12%。

以金额计，2023年规模为34.17亿美元的电池回收市场，预计将在2025年达到73.42亿美元、2030年达到136.46亿美元、2040年达到467.76亿美元（约合63万亿韩元），年均增长率约为13%。按金额计算的规模会随矿物价格出现较大波动。

锂、镍、钴、石墨等电池关键矿物对中国的依存度过高，被指可能威胁能源安全，这一点也在推动回收市场扩大。欧洲、美国等主要国家为保障供应链安全，正通过强化对电池回收的监管或扩大激励措施来应对。

根据美国地质调查局（USGS）的数据，截至2020年，澳大利亚、智利和中国占全球锂产量的90%。以冶炼为基准，中国的比重高达65%，遥遥领先。由于适用的环保标准较低且生产成本较低，锂工厂集中在中国。尤其是，韩国电池企业主力产品三元电池所用氢氧化锂的75%在中国进行冶炼。

就钴而言，截至2021年，70%产自刚果民主共和国（DRC），而冶炼的60%在中国进行。钴还叠加了童工剥削问题。就经济可开采储量而言，印尼和澳大利亚各占镍储量的22%，其后依次为巴西（16.8%）、俄罗斯（7.9%）。

围绕电池关键矿物的开采和冶炼过程并不环保的担忧，也成为推动回收市场扩大的因素。

根据麦肯锡公司的分析，以三元电池为基准，如果通过开采矿物来生产电池，每千瓦时（kWh）将排放约74公斤二氧化碳，其中仅矿物开采环节就排放29公斤二氧化碳。

相反，如通过回收再利用的方式提取矿物，二氧化碳排放量将从29公斤降至8公斤，减少72.4%。整体二氧化碳排放量也将从74公斤降至53公斤。如采用回收方式，能源消耗量在干法工艺中将减少68%，在湿法工艺中将减少75%。

电池回收利用时二氧化碳排放量降低。来源麦肯锡公司、教保证券研究中心转引

因此，世界各国正趋向通过立法对电池回收进行规制，代表性的就是欧盟（EU）。自2024年2月18日起实施的欧盟《电池法规》（Battery Regulation）规定了碳足迹申报义务、废旧电池回收与原材料回收目标设定、再生原料最低使用比例、供应链尽职调查义务以及电池护照导入等内容。

尤其是，自2027年起，成员国必须导入生产者责任延伸制度（EPR），将废旧电池回收责任赋予生产者，并制定相关审批程序。对于2千瓦时以上的工业电池、电动汽车电池以及起动·点火用电池（SLI），还设定了再生原料最低使用比例和回收达成目标。

根据该法规，在电池报废时，到2027年为止，钴、铜、铅、镍的回收率须达到90%，锂须达到50%；到2031年，这一数值将分别提高到95%和60%。在新电池中使用再生原料的最低比例方面，到2031年，钴为16%、铅为85%、锂为6%、镍为6%。

美国政府预计，通过电池回收，到2040年可分别满足电动汽车电池生产所需铜、锂、钴·镍需求的55%、25%、35%。但与欧盟偏重规则不同，美国更多是通过各种激励政策来鼓励电池回收。

自Biden政府上台以来，美国能源部（DOE）于2022年11月根据《两党基础设施法案》（Bipartisan Infrastructure Law），决定向10个电动汽车电池回收项目投资约7400万美元。

尤其是，根据《通胀削减法案》（IRA），要获得电动汽车补贴，必须满足电池矿物在美国或与美国缔结自由贸易协定（FTA）的国家开采或加工，或在北美回收的矿物比例达到规定标准以上的条件。

IRA中为判断是否满足关键矿物条件而适用的“50%增值测试（value added test）”的成立条件之一，就是“在北美回收的矿物比例须达到规定标准以上”。受此影响，北美地区对电池回收的关注近期急剧上升，以电动汽车制造商和风险企业为中心，各种合作正在展开。

成为“群星大战”战场的回收业务

由于预计使用后电池市场将迅速扩大，近期不仅回收专业企业，材料、电池电芯以及整车企业也纷纷进入这一领域。

在电池回收专业企业中，成立于2000年的Sungil Hitech规模最大。该公司在国内外共拥有9家前处理工厂（Recycling Park）和2家后处理工厂（Hydro Center）。其模式是在当地回收电池边角料和使用后电池，制成黑粉后运往韩国的后处理设施。

作为原料的边角料主要从韩国三大电池电芯制造商以及Samsung C&T、现代Glovis等处采购，经金属提取后供应给韩国正极材料和前驱体制造企业。其中向EcoPro BM的供应占比最高。

Sungil Hitech 回收工艺流程。图片由 Sungil Hitech 提供

Saebit Chem的前身是成立于1993年的废水处理药剂企业Dongyang Chemist。该公司于2005年更名为现用公司名，进军半导体、显示面板废酸回收业务，并自2017年起开始废旧电池回收业务。自2020年起，又开始将提取的金属以复合溶液形态进行销售。其原料从POSCO Chemical、L&F等正极材料企业采购，主要客户为中国企业EMT。

ISTMC是一家前处理与后处理一体化的专业企业，将最终材料金属供应给前驱体/正极材料企业。其主要产品为NCM溶液和碳酸锂。ISTMC以母公司IS Dongseo为核心，构建电池回收生态体系，旗下拥有报废车专业企业Insun Motors、前处理企业ISBM Solution等关联公司，实现了为获取原料而进行的垂直整合。

EcoPro、POSCO等代表性材料企业也已进入回收业务。材料企业强调，通过构建“回收—前驱体—正负极材料生产”的完整生态体系，已具备竞争力。

EcoPro通过EcoPro CNG开展回收业务。公司计划通过扩建国内外工厂，将目前年产3万吨的产能在2027年前扩大至约两倍，即6.1万吨。

POSCO Holdings于2023年7月与中国华友钴业、GS Energy合资成立的二次电池回收专业企业POSCO HY Clean Metal工厂竣工。该工厂具备年处理1.2万吨黑粉的生产能力。

电池电芯企业也积极布局回收业务。LG能源解决方案于2023年8月与中国华友钴业签署协议，成立电池回收合资公司（JV）。新合资公司计划在中国南京等地建设工厂。LG化学与LG能源解决方案还于2021年12月向北美最大电池回收企业Li-Cycle投资600亿韩元，持有其2.6%的股份。

Samsung SDI于2019年在天安和蔚山工厂建立了回收电池关键原材料并用于电池制造的循环体系，并计划在2025年前将这一体系扩展至全球生产基地。此外，公司在研究所内新设了“回收研究实验室（Lab）”，开发环保材料回收技术。Samsung SDI与Sungil Hitech保持着紧密合作关系，包括Samsung SDI（8.8%）在内的三星集团关联公司合计持有Sungil Hitech 13.8%的股份，为其第二大股东。

SK On的母公司SK Innovation也曾于2022年12月与Sungil Hitech签署关于设立废旧电池合资公司的业务协议（MOU）。

全球电动汽车企业也在推进废旧电池回收业务。现代汽车集团通过现代Glovis开展电池回收业务。由现代Glovis在全球各地报废场等处回收使用后电池，再由现代汽车进行再使用或再循环。现代Glovis今年1月还与掌握前处理技术的电池回收专业企业ER签署了股权投资协议书（SSA）。

2023年12月12日 SK Ecoplant 在中国江苏省盐城市经济技术开发区举行电池回收工厂竣工仪式。图片由 SK Ecoplant 提供

非电池企业也加入了竞争。SK Ecoplant于2022年2月以1.2万亿韩元收购了新加坡电气电子废弃物处理公司TES。TES于去年12月在中国江苏省建成废旧电池回收工厂。Doosan Enerbility也成立了电池回收专业子公司Doosan Recycle Solution，目前正筹备在大邱建设工厂。

原料获取、废水处理与LFP回收是关键课题

决定电池回收业务成败的最大关键在于稳定的原料获取。由于目前来自电动汽车的废旧电池数量并不多，电池回收企业主要将电池制造过程中产生的边角料作为主要原料。据悉，目前回收原料中边角料占比高达80%~90%。

材料、电池电芯企业以及整车企业直接进入回收业务，对原有回收专业企业而言，可能构成威胁因素。随着竞争加剧，未来在原料供应方面可能会遭遇困难。分析认为，需求企业关注回收业务，与其说是出于盈利性考虑，不如说是从原料获取的角度出发。

被粉碎的电池残骸。图片来源普林斯顿大学、再次引用自教保证券研究中心

全球竞争也在加剧。美国、欧洲、中国等主要市场的本土企业正在积极展开电池回收业务。北美的Redwood Materials、Ascend Elements等就是代表。拥有全球网络的大企业也纷纷进军电池回收领域，其动向同样值得关注。

电池回收企业呼吁政府层面导入电池回收体系制度，并放宽对海外废旧电池进口的限制。

采用比例不断上升的磷酸铁锂（LFP）电池回收问题也成为热点。目前企业主要集中在三元电池回收领域，因为其不仅可以回收锂，还能提取镍、钴、锰等高盈利的稀有金属。

相反，由于LFP电池经济性较差，据悉多被直接废弃而不进行回收，这可能在今后引发严重的环境问题。根据SNE Research的数据，截至2023年，以正极材料装载量计，LFP占45.6%，已接近整体的一半。

Sungil Hitech计划今年建成LFP电池回收试验线，并在2026年建立量产体系。Young Poong、POSCO HY Clean Metal也在开发LFP电池回收技术。但由于金属提取成本较高，如何实现盈利性仍是一大难题。回收企业期待政府就LFP电池回收给予相应激励。

由于湿法工艺会产生被称为芒硝的硫酸钠，随之而来的环境污染问题也备受关注。因此，具备零废水排放系统的电池企业，在竞争力方面将更具优势。

<参考文献>