锂离子电池回收：面向绿色未来的市场及创新趋势

前 言 随着对可持续能源解决方案需求的日益增长，锂离子电池回收行业已成为全球创新和经济转型的焦点。随着电动汽车、可再生能源储存和电气化消费兴起，锂离子电池的回收利用成为解决资源匮乏和环境挑战的关键。为了应对高速发展的行业需求，CAS美国化学文摘社和德勤中国携手发布了本报告，从商业和科学视角全面、深入地就锂离子电池回收行业进行分析。 CAS美国化学文摘社是美国化学会(ACS)旗下分支机构，作为科学信息解决方案的专家，以其独特的科学知识管理技术，提供前沿的科学解决方案，并持续构建覆盖150余年科学发现的CAS内容合集(CAS Content CollectionTM）。德勤中国通过卓越的专业水平、跨行业的洞察力和智能技术解决方案，帮助各行各业的客户和合作伙伴抓住机遇，应对挑战。CAS和德勤利用各自在科学和商业领域的优势，对锂离子电池回收行业进行全面探索，希望为业界提供可行性见解和解决方案，以应对当今的紧迫挑战并塑造未来的创新。 如您对新材料、绿色能源、药物开发或可持续发展等关键领域感兴趣，欢迎联系我们。 德勤中国:CNERI@deloittecn.com.cn美国艾赛思国际有限公司北京代表处:china@acs-i.org 目 录 内容摘要2 主要驱动因素3 1．相关法规和合规要求持续收紧32．汽车制造商将供应链脱碳列为优先事项53．电池退役潮将至64．回收利用以弥补关键原材料的潜在供应缺口7 市场格局8 1．回收市场预测82．产业链10 技术创新 12 1．了解全球领导者和技术创新趋势122．在选择回收工艺时，价值比质量更重要153．锂电池回收仍以火法冶金和湿法冶金为主导174．锂电池正极材料回收的重要价值185．锂电池回收工艺综合对比22 前景展望23 1．借助回收技术创新解决成本和安全问题23 2．利用数字工具提高可追溯性和回收效率243．通过跨产业链合作扩大业务规模254．电池回收行业实现盈利的战略路径27 案例研究：广东邦普循环科技有限公司29 参考资料30 内容摘要 电动汽车市场的快速发展促进了对电池回收可持续解决方案的需求。本报告通过整合CAS的数据和科学专业知识以及德勤的市场和商业洞察，探讨了影响电池回收行业发展的政策、市场和创新趋势。 主要发现如下： •政策驱动： •数字解决方案： 数字孪生、区块 链、云 计算 和人工智能等 技术正在重塑电池回收行业，这些技术可以 用于进行材料全生命周期追 踪、优化回收 流 程 和开发 数字产品护照，从而提高回收 效率、增强可追 溯性、确保 监管合规并 推动循环经济发展。 随着生产者责任延伸、危险废物管理、报废要求和新电池回收材料含量要求等强制性法规持续收紧，以及税收抵免 和政府资助等激 励措施不断出台，电池回收行业迎来蓬勃发展。 •产能扩张： 全球各地区的锂电池回收产能都在迅速提升。目前，现有设施的回收产能约为160万吨/年。待规划设施建成后，预计未来几年回收产能将超过300万吨/年。 •跨产业链合作： 材料供 应商、电动 汽车制造商、汽车品牌 和回收公司之间的合作日益紧密，重点合作领域包括建立闭环回收系统、协同实现监管合规、推动回收技术创新以 及确保可持续材料供应。 • 技术创新： 湿法冶金、火法冶金和直接回收三大回收技术的文献出版 趋势显示，电池回收专利数 量均显著高于学术期刊发表量，凸显了这一研究领域的商业潜力。 •盈利途径： 电池回收盈利的战略途径要求根据回收材料价值选择适宜的回收工艺，通 过自动化 和本 地回收优化成本，并利用规模化经济。成功实现短期内来自高价值金属材料的经济回报以及长期可持续性和技术创新之间的平衡。 回收技术的创新迭代和数字解决方案正在革新电池回收行业，推动回收率、作业效率和环境效益不断提升。由于电动汽车及其他电池驱动产品的需求持续攀升，推动电池回收行业迈向可持续未来已经势在必行。随着越来越多的电池达到报废年限，实现高效回收变得至关重要，这不仅关乎削减废弃物，还有助于回收高价值材料并最大限度降低环境影响。通过实施扶持政策、扩大先进技术投资和推动协同合作，电池回收行业可以建立循环经济模式，以此应对资源短缺问题并助力减少碳排放。 主要驱动因素 美国政府也在多措并举推动锂电池的回收利用。美国联邦环保局根据《资源保护与回收法》（ResourceCon-ser vation and Recover y Act）制定了一系列联邦废物管理和回收法律。2021年，美国联邦环保 局发布了一 份报告5，分析了锂电池回收不当的潜在影响。此外，报告还指出，“根据《美国联邦法规》（Code of Federal Regu-lations）第40篇第273部分《资源保护与回收法》危险废物特殊规定，锂电池可以作为通用废物进行管理”。202 3年，美国发布了一 份 备忘录 形式的联 邦 指引6，旨在“ 阐明通用废物和回收方面的危险废物相关规定如何适用于锂电池”。然而，截至目前，美国尚未出台针对 锂电池回收的联邦政 策，但美国联邦环保 局已宣布其正在制定一项拟议指引，计 划将锂电池从现行 通 用废物指引中分离出来，列为一 个 全 新且独 立的通 用废物类 别，该指引预计将于2025年中发布7。 电池回收市场的发 展主要受以下因素推动：环境法规持续收紧、电动 汽车行业提出供 应链 脱碳需求、退役电池数量日益增加以及锂、钴、镍等关键原材料的需求不断上升。随着各国政 府推 行更 加严格的可持 续发 展准则，以及行业自身寻求减少碳 足 迹，回收利用已经 成为稳定稀缺资源供应和建立可持续未来的重要举措。 1．相关法规和合规要求持续收紧 相关法规和合规要求的收紧推动了全球电池回收行业的发 展。生产者责任延伸、危险废物管理和报废回收等强制性要求对行业产生了直接影响。健全完善的回收政策可以预防废旧锂电池带来的安全问题，避免可复 用材料的损失，同时促进稀缺资源回收，助力实现循环经济1。此外，循环经 济 政 策、行业标准和政 府 资助 也为行业 发展 提 供了动力。本节 将概 述 美国、欧 盟和亚 洲 国家（中国、日本、韩国和印度）在过去十年中针对锂电池回收推行的重要政策（图1）。 纵观世界各国，中国一直是应对锂电池回收问题的积极行动者，提出并落实了多项政 策。图1列举了其中大部分重要政策，例如《废电池污染防治技术政策》（2016年），其涵盖了锂电池从收集、贮存、利用到处理、运输和处置的整个生命周期8。值得注意的是，中国工信部在2018年针对废旧锂电池问题推出了废电池处理指引和电池回收技术标准等多项政 策，明确了电动汽车制造商的回收责任，确 保了电池 回收的可追 溯 性，并 指定了电池 回收试点区域9。《固体废物污染环境防治法》（2020年）确立了汽车动力电池生产者责任延伸制度，并禁止了固体废物进口10，11。《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》（2020年）推动了动力电池回收领域的立法进程12。《循环经济发展规划》（2021年）聚焦于资源回收、再制造和再 利用，旨在 推动 循环经 济成为2021至 202 5 年 期间的国家优先事项13。中国工信部还发布了《新能源汽车废旧动力电池综合利用行业规范条件（2024年本）》，针对开展废旧电池梯级利用或再生利用业务的企业提出多项要求，现正公开征求意见14。此外，印度和韩国等其他亚洲国家也在积极构建锂电池回收生态系统15-18。 欧 盟一直 致 力通 过不 同 的政 策 和法 规 来 推 动可持 续 、循 环 和安 全 电 池 技术 的 发 展 。2 01 8 年，欧 盟 委 员会 通过了《电池战略行动计划》（Strategic Action Plan onBat teries）2，“制定了一个融合监管和非监管措施的综合框 架，旨在全面支 持电池价 值链的所有 环节”3，包括锂电 池 回 收 。2 0 2 3 年，欧 盟出台了《 新电 池 法 》（N e wBatter yRegulations），涵盖了电池从设计到报废的整个生命周期4。这项“从摇篮到坟墓”的法规强调了循环经济和生产者责任延伸，明确了生产商的废弃电池回收目标，并设定了废电池锂回收率到2027年底达到50%和到2031年底达到80%的目标。该法规要求企业申报电池产品碳足迹，并在2025年前达到特定的回收材料含量目标，同时规定在2027年前指定类型的电池产品必须配有数字护照，其中包含的详尽信息将 提高产品透明度和可追 溯 性 。欧 盟《新电池法 》强化了电池 行业的可持 续发展 标 准，并建 立了有效的 全 生命周期 监 督机制，将对电池从生产到回收的整个价值链产生影响。 图1：各国/地区的锂电池回收相关政策大事年表。注：颜色代码 – 中国（蓝色）、美国（绿色）、欧洲（橙色）、印度（紫色）、韩国（棕色） 削减碳足迹方面的压力，领先汽车制造商正在迅速推进其净零战略，并将关键材料（尤其是电池）作为关注焦点（图2）。例如，大众 集团碳中和战略的核心目标之一是到2030年实现乘用车及部分商用车使用阶段平均碳足迹较2018年减少30% 。为此，大众集团于2021年初启用了汽车电池 回收示范 工厂，并计 划对其 上 游电池 供 应商采用特定的循环经济绩效指标。 2．汽车制造商将供应链脱碳列为优先事项 虽然电动汽车在行驶过程中不会因使用燃料产生直接的尾气排放而往往被视为清洁环保，但锂电池的生产却是一个高碳排放过程。锂电池生产约占电动汽车制造过程碳排放总量的40%-60%。 面对不断提 升的来自监管机 构、投资者和利益相关者在 IWKS）在2023年发表的一篇研究论文，通过评估三种主要电池 回收工艺的 全 生命周期 环境 影 响，研究估 计，每回收1千克锂电池可以减少2.7至4.6千克二氧化碳当量排放19。在三种电池回收工艺中，直接回收的环境效益最高（图3）。 动力电池中含有锂、镍、钴等多种矿物，这些矿物的开采和精炼 过程会排 放 大 量的二氧化碳。因此，电池回收和原材料 再生 是实现脱碳的重 要一 环。此外，电池回收 还有助于减 少运输、制造等环节的能 源消耗 和碳排放。根据弗劳恩霍夫材料周期和资源策略 研究所（Fraunhofer 回收领域拔得头筹，届时中国将占全 球电池回收 产能的70%左右（图4）。 3．电池退役潮将至 随着全球新能源汽车市场的崛起，动力电池装机量迅速攀升。由于锂电池的性能会随使 用时间的增加而逐渐衰减，动力电池的平均使用年限通常在5到8年之间。因此，首 批 投 入市 场的动力电池 即将迎 来“退役 潮 ”。根 据测算，2021至2030年期间，动力电池报废量将以43%的复合年均增长率快速增长，到2030年将达到1,483GWh/年20。作为全 球电动汽车市场的引领者，中国同样有望在电池 面对即将到来的电池退役潮，利益相关者正在积极开发和应 用新兴电池回收技术，旨在尽量 减 少对环境的负面影 响，同 时通 过 精 炼 和 熔 炼 报 废电 池 中 的 高价 值 组 分来实现资源利用最大化 。作为锂电池行业的最 后一块拼图，电池回收市场蕴藏着巨大的机遇。 4．回收利用以弥补关键原材料的潜在供应缺口 供需缺口将在2035年后逐渐显现并不断扩大（图5）。 锂电池行业的发 展仍然受限于上游关键矿物的供应。根据 国 际能 源署的 预 测，在 20 5 0 年 实现 净零 排 放 的 情 景下，到2040年全球锂需求量将达到143.1万吨，相比当前水平高出七倍。此外，预计到2040年镍和钴的需求量将翻一番，分别达到638.6万吨和47.2万吨。尽管对关键矿物的需求激增，但扩大采矿和精炼产能需要投入大量资金并经历长达数年的开发周期。因此，预计关键矿物资源的 近 年来，电池关键 原材料的价格波动剧烈，影响波 及 整个 行 业价 值 链 中 的 利 益 相 关 者。虽 然 电 池 材 料价 格 在2024 年大幅下降，但受地缘政治紧张 局势、贸易政 策不确定性以及其他