锂离子电池回收——面向绿色未来的市场及创新趋势

市场与创新趋势：迈向绿色未来 前言 不断增长的可持续能源解决方案需求将锂离子电池回收行业置于全球创新和经济转型的前沿。随着电动汽车、可再生能源存储和消费电子产品的兴起，回收锂离子电池已成为解决资源稀缺和环境挑战的关键解决方案。认识到对这一快速发展的行业进行全面分析的需求，中国分析测试协会（CAS）和德勤（Deloitte）共同合作，开发了这份深度报告，涵盖了市场和科学两个视角。 作为美国化学学会的分支机构，专注于科学知识管理，CAS提供无与伦比的科学技术专长，持续构建尖端信息解决方案和CAS内容集™，涵盖超过150年的发现。德勤以其市场和企业分析而闻名，提供对产业动态和竞争力的深刻理解。联合我们的科学深度和商业敏锐度，我们能够对锂离子电池回收行业进行全面探索。 本报告展示了通过此次独特合作所产生的深度理解和洞察。通过利用CAS和德勤的联合优势，我们的目标是为解决当今紧迫挑战提供可操作见解和解决方案，并塑造未来创新。 感兴趣于对药物开发、新材料、绿色能源或可持续性等关键领域的全面分析？请联系我们。 德勤中国：CNERI@deloitte.com.cnCAS: help@cas.org 目录 执行摘要2 3关键驱动因素1. 严格的法规和合规要求3 2. 汽车原始设备制造商（OEMs）正在优先考虑供应链的脱碳化 5 3. 电动汽车电池正在引领一波退休潮6 4. 通过回收利用填补关键原材料未来供应缺口 7 市场景观 8 1. 废物回收市场预测82. 工业价值链10 技术革新 12 1. 权力玩家：揭示全球领导者及趋势12价值在推动回收方法中胜过数量。153. 领军技术：火法冶金和湿法冶金在锂离子电池（LIB）回收领域仍占主导地位17阴极之王：在锂离子电池（LIBs）中阴极回收的关键作用185. 回收大战：LIB回收方法的终极比较22 未来展望 23 1. 回收技术创新以解决成本和安全问题 232. 采用数字工具以提高追溯性和效率 243. 沿价值链的合作成为扩大规模的关键 254. 电池回收中的盈利战略途径27 参考文献 30案例研究：Brunp回收 执行摘要 电动汽车的快速发展提高了电池回收领域可持续解决方案的需求。通过将CAS数据和科学专业知识与德勤的市场和业务洞察相结合，本报告探讨了塑造行业的政策、市场和创新发展趋势。 我们的主要发现包括： • 政策驱动 • 数字解决方案 行业受到全球范围内日益严格的强制性法规的影响，例如延长生产者责任、危险废物管理、报废要求和新型电池的回收含量要求，同时还有新的激励措施，如税收抵免和政府资金支持。 数字孪生、区块链、云计算和人工智能等技术在电池回收领域引发了革命，通过跟踪材料在其生命周期中的流动、优化回收流程以及实现数字产品护照。这些工具提高了效率，增强了可追溯性，并确保了合规性，推动了电池行业循环经济的发展。 • 扩大产能 • 跨部门合作 全球锂离子电池回收能力正在所有主要地区迅速扩张。目前，现有设施的总产能约为每年160万吨。随着计划中的设施投入使用，预计在未来几年内，这一产能将超过每年300万吨。 在材料供应商、电动汽车生产商、汽车品牌和回收公司之间，正出现一种日益增长的协作趋势。其关注的领域包括封闭循环回收系统的开发、合规监管的伙伴关系、回收技术的进步以及确保可持续材料供应的协调努力。 • 技术创新 三种主要回收方法——湿法冶金、火法冶金和直接回收——的出版趋势表明，所有三种方法都拥有的专利数量多于期刊出版物，这突显了该研究领域的显著商业兴趣。 • 利润之路 战略实现电池回收盈利的路径需要将回收技术与材料价值相匹配，通过自动化和国内回收优化成本，并利用规模经济。成功涉及平衡从高价值金属中获得即时回报与长期可持续性和创新。 循环技术创新和数字解决方案正在改变电池回收行业，推动效率、回收率和环境影响的提升。随着电动汽车（EV）和其他电池供电技术的需求不断上升，将电池回收引导向可持续的未来至关重要。随着到达使用寿命的电池数量不断增长，有效的回收流程对于减少浪费、回收有价值的材料和降低环境影响至关重要。通过实施支持性法规、投资先进技术和培养合作，电池回收行业可以创建一个循环经济，这不仅解决了资源稀缺问题，还有助于减少碳排放。 关键驱动因素 电池回收市场主要受以下几个关键因素驱动：环境法规的加强、电动汽车供应链脱碳的需求、退役电池数量的增长，以及对于锂、钴和镍等关键材料的日益增长的需求。随着各国政府推动更严格的可持续性标准，以及各行业寻求减少其碳足迹，回收已成为确保宝贵资源并确保更可持续未来的关键手段。 美国政府也在采取多项措施以促进LIB回收。环境保护署（EPA）通过《资源保护和回收法案》（RCRA）制定了联邦废物管理和回收法规。2021年，EPA发布了一份报告5该研究分析了如果LIBs未被适当回收，其可能产生的影响。它还提到，“LIBs可作为通用废物按照特殊RCRA有害废物（HW）规定在40 CFR第273部分进行管理。”此外，美国也在2023年发布了一份联邦指南，形式为一份备忘录。6为了“阐明有关通用废物和回收利用的有害废物法规如何适用于锂离子电池”。然而，迄今为止，尚无专门针对锂离子电池回收的联邦政策，但美国环境保护署（EPA）已宣布正在制定一项拟议的指南，旨在为锂离子电池创建一个全新且独立的通用废物类别，将其从当前的通用废物指南中分离出来，预计将在2025年中发布。7 1. 严格的法规和合规要求 法规和合规要求的加强正在推动全球电池回收行业向前发展。强制性要求，如生产者责任延伸（EPR）、危险废物管理和报废回收，正直接塑造该行业。结构良好的回收政策可以减少安全担忧和从报废锂离子电池（LIBs）中损失可回收材料，同时促进循环经济中稀缺资源的回收。1此外，循环经济政策、行业标准以及政府资金支持正在激励增长。本节将概述过去10年在美国、欧盟以及亚洲国家（中国、韩国、印度）普遍实施的关于锂离子电池（LIB）回收的最重要政策（图1）。 在所有国家中，中国一直在积极提出和实施各种政策来解决LIB回收问题。其中大部分重要政策如图1所示，例如：废弃电池的污染防治技术(2016)政策涵盖整个LIB生命周期，从收集、储存和利用到处理、运输和处置。8令人瞩目地，2018年中国工业和信息化部（MIIT）就废弃锂离子电池（LIBs）问题采取了重大举措。它实施了多项政策，不仅建立了处理废弃电池的指导方针，还制定了电池回收的技术标准，将回收责任赋予了制造商，确保了电池回收的可追溯性，并确定了电池回收的试点区域。9 The《固体废物污染预防与控制法》(2020) 介绍了汽车牵引电池的EPR系统，并禁止了固体废物的进口。10, 11此外，同年，该新能源汽车产业发展规划(2021-2035) 被采纳，促进了牵引电池回收立法。12此外，有关循环经济发展规划（2021）旨在通过回收、再制造和再利用资源，在2021-25期间将循环经济提升为国家优先事项。13MIIT has also proposed the汽车新能源电池综合利用的行业标准(2024版)该政策将为从事废电池级联利用或回收的产业确立各种要求。此提议政策目前正公开征求意见。14其他亚洲国家，如印度和韩国，也在积极努力打造用于回收LIBs的生态系统。15-18 欧盟（EU）始终通过其不同的政策和法规，推广可持续、循环和安全的电池技术。2018年，欧洲委员会（EC）通过了一项战略电池行动计划2该框架“概述了一套全面的监管和非监管措施，以支持电池价值链的所有环节”。3包括锂离子电池（LIBs）的回收。2023年，欧盟引入新电池法规涵盖电池整个生命周期，从设计到报废。4这项“从摇篮到坟墓”的法规促进循环经济，实行生产者责任延伸制度，为生产者设定回收废电池的目标，到2027年底实现50%的废电池锂回收率，到2031年底实现80%。该法规要求公司到2025年宣布其电池的碳足迹并达到具体的回收含量目标。此外，它还要求到2027年某些电池必须拥有一个数字护照，包含全面的信息，这将提高透明度和可追溯性。新的欧盟电池法规加强了对电池的可持续性标准，并建立了强大的机制来监管其整个生命周期，影响整个价值链——从生产到回收。 图1. 以各国/地区相关的锂离子电池（LIB）回收政策为关键点的时序图。颜色代码 - 中国（青色）、美国（绿色）、欧洲（橙色）、印度（紫色）和韩国（棕色） 足迹，领先的汽车原始设备制造商正在迅速推进其零碳战略，特别关注关键材料，尤其是电池（图2）。作为大众汽车碳中和战略的关键目标，集团承诺到整个生命周期将碳排放量平均降低30%，与2018年水平相比。为实现这一目标，大众汽车于2021年初启动了一个回收汽车电池的试点工厂，并计划为其上游电池供应商采用特定的循环经济关键绩效指标（KPI）。 2. 供应链脱碳正被汽车原始设备制造商（OEMs）优先考虑。 尽管电动汽车因运行时燃料燃烧没有直接尾气排放而被视为清洁能源，但其锂离子电池（LIBs）的生产是碳排放强度的重要来源。生产LIBs约占电动汽车制造过程中总排放的40-60%。 应对监管机构、投资者和利益相关者对减少碳排放不断增加的压力， 图2. 主要纯电动汽车（EV）原始设备制造商（OEM）的碳中和策略及其与电池相关的关键任务。 电动汽车电池包含各种矿物，如锂、镍和钴，其采矿和提炼过程中会排放大量的二氧化碳。因此，电池回收和原材料回收是迈向脱碳的重要步骤。此外，电池回收还有助于减少交通、制造和其他过程中的能源消耗和碳排放。在一篇研究论文中 由弗劳恩霍夫伊尔克施研究所（Fraunhofer IWKS）于2023年发布，评估了三条主要回收路线的生命周期环境影响。19该研究估计，回收1公斤锂离子电池可以减少2.7至4.6公斤二氧化碳当量的碳排放。在评估的方法中，直接回收显示出最高的环境性能（图3）。 3. 电动汽车电池正在掀起一波退休潮 电动汽车市场也预计将成为电池回收领域的最大市场，占据全球电池回收产能的大约70%（见图4）。 随着全球新能源汽车市场的兴起，电动汽车的装机容量迅速上升。由于锂电池的性能会随着使用时间的增加逐渐下降，电动汽车的平均使用寿命介于5至8年之间。因此，首批进入市场的新能源电动汽车电池正迎来一场“退休潮”。 面对即将到来的电池退役浪潮，利益相关方正在积极开发和应用新兴的电池回收技术。这些努力不仅旨在最大限度地减少对环境的负面影响，而且通过从退役电池中提炼和熔炼有价值的组件，以最大限度地提高资源利用率。作为锂离子电池行业的最后一环，电池回收市场呈现出巨大的机遇。 根据德勤的估算，电动汽车电池的退役规模预计将从2021年到2030年以43%的复合年增长率快速增长，到2030年将达到每年1483吉瓦时的规模。20中国市场份额领先全球 长达数年的周期。因此，预计到2035年后，关键矿产资源的供需缺口将逐渐出现并扩大（图5）。 4. 回收利用以弥合关键原材料的未来供应缺口 锂离子电池产业的发展仍受上游关键矿产资源的可用性所限制。根据国际能源署（IEA）的预测，在其到2050年实现净零排放情景下，到2040年全球锂需求将达到1431千吨，比当前水平高出7倍。同样，镍和钴的需求预计到2040年将翻倍，分别达到6386千吨和472千吨。尽管对关键矿产的需求激增，扩大采矿和提炼能力需要大量投资和开发。 近年来关键材料的价格波动剧烈，对整个行业价值链上的利益相关者产生了重大影响。尽管2024年电池材料价格大幅下降，但由于地缘政治紧张、贸易政策不确定性以及其他全球危机，供应链波动依然持续。电池回收为锂离子电池行业提供了一条减少对传统原材料的依赖以及缓解未来供应链中断风险的途径。 市场格局 1. 废物回收市场预测 这些数字相当微不足道。政府通过提供必要的资金支持回收设施的建设，例如，美国能源部（DOE）和贷款计划办公室（LPO）已宣布对Li-Cycle U.S. Holdings, Inc.（L