电动车行业高速发展，动力电池退役潮临近从坎坷起步到世界第一，中国新能源汽车产业发展已驶入快车道。中国新能源汽车产业发展已经完成了从政策扶植到市场化驱动的转变，经历了从小到大、从弱到强的发展历程。2014年，中国接连出台16项新能源汽车政策，称之为“中国新能源车元年”；2015年中国成为全球最大的新能源汽车市场，此后始终位居世界第一；2021年开始，国内新能源汽车产业市场化进阶，产品型号、产销数量跃上新台阶，新能源汽车渗透率步入“S”型曲线加速期，中国新能源汽车产业从政策培育转向为市场驱动，发展驶入快车道。据中国汽车工业协会数据，2022年虽然面临疫情干扰、芯片结构性短缺、居民消费放缓等因素影响，但全年新能源汽车产销依然分别达到705.8万辆和688.7万辆，同比分别增长96.9%和93.4%，新能源汽车产销连续8年位居全球第一，新能源汽车渗透率达到了25.6%。
中国动力锂电池退役刚起步，预计未来规模达TWh级别。2021年开始，中国新能源汽车产销量显著增加，假设平均汽车动力电池平均寿命为5年，预计到2026年左右电池报废量将急剧增长，2026年动力电池退役量有望超过100GWh，2032年有望超过1TWh，2022年至2035年CAGR达到33%。
重视退役动力电池回收的多重必然性
退役动力电池存着安全隐患，并且电池中含多种有害物质，随意废弃将对生态环保和人体健康产生巨大影响。另外多数资源的可回收性良好且工艺可行，锂电池在退役后进行回收必要且可行。
首先，安全性，退役动力电池存着安全隐患。新能源汽车的动力电池额定电压较高，在缺乏保护措施的情况下接触或挤压容易引起触电事故；当电池内外短路时，正负极会产生大电流，导致高热。废旧电池如处理不当会导致电池燃烧甚至爆炸，甚至导致严重火灾，因此退役动力电池必须得到安全处置。
其次，环保性，退役动力电池威胁生态环境和人身健康。动力电池成分复杂，金属组分、非金属、固态、液态等多组分并存，其中的金属如钴、镍、锂、锰、铁、铜等如果得不到回收处置，与酸反应转为离子态造成重金属污染，同时镍钴锰、镍钴铝在水系环境里呈现强碱性，对水体和土壤造成污染。负极材料中的石墨粉，因其颗粒很小，易产生粉尘污染。电池的电解液溶质及其转化产物，如LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、HF、P2O5等，溶剂及其分解和水解产物，很多都是有毒有害物质，如LiPF6具有强腐蚀性，遇水或高温能够产生有毒气体氟化氢（HF）等，经由皮肤、呼吸接触对人体组织，粘膜和上呼吸道造成刺激，对动植物也有严重的腐蚀作用。
第三，经济性，退役动力电池资源性强，再生利用的经济价值高。废旧电池含有多种可回收的金属资源，包括锂、镍、钴、锰、铝、钢等金属和其他可再生利用成分如石墨等，蕴藏资源种类丰富、丰度高，具备极高的再生利用价值。锂、镍、钴、锰金属主要存在于正极材料中，价格高、经济性好，为再生利用的主要对象。《废旧动力蓄电池综合利用行业规范公告管理暂行办法（2019年本）》的要求，动力电池再生利用企业对钴镍锰的综合回收率应不低于98%，锂的回收率不低于85%，现行的回收工艺可以满足此技术指标要求，提供了退役动力电池金属回收在技术上的可行性。
工艺流程相对复杂，仍需多方面完善
退役动力电池梯次利用的工艺流程包括电池拆解、品质检测、电池筛选、电池重组、系统集成等。对电池包进行外观评估及一致性检测，满足需求则可直接以整体的形式应用于低性能需求的应用场景；未通过的电池将电池包进行拆解为电池模组，并对外观、循环寿命、电池容量、性能状态等进行检测，筛选后的电池按照一致性进行电池重组，未通过电池模组环节评估的则进一步拆解为电池单体，再进行重组。重组后的电池进行系统集成，应用于新的场景。拆解前，需要了解退役电池包的基本信息，包括总电量，稳定容量，额定电压，成组方式，模块数量以及重量等。
梯次利用成本偏高：由于每家企业电池的工艺设计、类型、链接方式、内外部结构等各不相同，因此拆解分选困难，产线自动化程度低，拆解过程基本是手工完成，过程耗时耗力，人工成本偏高；退役电池从回收运输到评估检测，也存在较高的隐性成本。在盈利模式尚未成熟的当下，梯次利用的经济性并不比采购新电池高太多，甚至出现梯次利用成本高于使用新电池的情况产生。低成本是梯次利用的最大价值之一，以较低的成本获得较高的性能才能促进产业链发展，是梯次利用商业模式成功与否的前提。退役电池状态校验难：依据退役动力电池历史运行数据的完整程度可分为白箱电池和黑箱电池，早期动力电池数据管理并未形成规范的记录，导致动力电池状态检测无法采用快速高精度的方法，电池状态的预估基于有限数据，则其安全性能评估和价值判断准确性低，无形中增加品质风险和成本。
动力和储能电池的技术路线差异：电动汽车和储能端关于电池的需求有所不同，电动汽车倾向电池具备高能量密度，储能领域则更看重电池拥有高循环寿命，因此动力锂离子电池和储能电池的技术路线也会有所差异，因此未来三元动力锂离子电池梯次利用到储能领域，是否存在安全隐患以及能否保证梯次利用电池的稳定性等不确定因素，还存在一些困惑。对退役电池的价值评估不统一：目前市场上退役动力锂离子电池的标价跨度较大，有关退役电池剩余价值的评估业内也没有统一标准。关于一个电池的评价估值，其实际剩余容量、健康状况、预估剩余循环次数和全生命周期放电量等方面的数据，对退役动力锂离子电池的市场价值有着较为直接的影响。当前关于如何评定退役电池的价值，车厂、用户、回收机构、储能电站等各方还未达成价值共识。
国内处于试点阶段，海外商业化运营较多
我国退役动力电池梯次利用体系初步建立，但仍主要停留在示范项目阶段，商业化应用相对较少。整体来看，梯次利用的投入成本依然较高，因此目前国内的退役动力电池梯次利用主要停留在试点阶段和示范项目阶段，商业化的应用还较少。近年来，工信部会同有关部门出台了《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》等政策，实施了动力电池全生命周期溯源管理，在京津冀等17个地区及中国铁塔公司等开展梯次利用试点，推动跨区域合作与产业链协同。
国外企业在梯次利用上试点更早、走得更快。海外一些发达国家都在积极探索电池梯次利用的商业发展模式，如德国、美国、日本等国家由于起步较早，如今已经有了很多成功的示范工程和商业项目，大部分是以储能二次利用为主。例如，4REnergy公司是日产汽车与住友商事株式会社在2010合资成立的，致力于实现日产聆风的锂电池二次商业化利用，回收日本和美国市场中聆风汽车的废旧电池用于住宅及商用的储能设备，目前已经推出两款储能电池产品；夏普公司则将退役的动力锂电池通过智能功率调节器用于家庭储能；美国杜克能源将退役的动力钾电池应用在家庭能源上；德国博世集团则利用宝马的纯电动汽车退役的动力电池建造2MW/2MWH的大型光伏站储能系统；美国公司FreeWire基于退役的废旧动力电池供能，面向办公区域开发了一款可移动的电动汽车充电宝。
成本下降为长期趋势
成本控制是当前限制梯次利用规模扩大的主要原因之一。由于退役电池规格繁多，不同的车型就有不同的电池pack，内部设计和结构千差万别，不同的电池pack就要定制不同的拆解解法，拆解自动化程度低，电池转运和评估检测也有较高成本构成，造成效率偏低，成本较高。国内梯次利用规模尚处于起步阶段，规模效应对成本的下降还未充分体现，能否以较低的成本获得较高的性能，退役电池梯次利用持续降本，是扩大和丰富商业模式的前提。技术进步、新型商业模式出现，未来梯次利用成更具经济性。随着退役动力电池的价格下降以及电池拆解重组技术的发展，梯次利用的成本竞争力将得到进一步提升。BaaS（BatteryasaService，电池租用服务模式）等新型商业模式的出现，电池的所有权主体也正在发生改变，梯次利用成为提高动力电池全寿命周期价值最大化的关键。BaaS模式还可以提高退役动力电池的供应规模和可利用率，让退役电池大规模回收和标准化拆解成为可能，梯次利用也更具经济性。据彭博新能源财经数据，到2030年梯次利用的价格可能或可比新采购电池组便宜30%左右。
国内赛德美公司已商业化运营，采用物理拆解+材料修复的方式回收电池。首先通过全自动化的物理精确化拆解，将动力电池中的正负极材料、隔膜、电解液、五金件等组分结构进行精细化拆分，再通过材料修复工艺，将拆解得到的正、负极材料进行成分调整和高温固相修复后，最终生成修复后的正、负极材料粉体。据赛德美表示，目前物理法对铁锂三元全组份回收率可以大于90%，甚至到95%以上。具体而言，正负极材料可以实现极高效率回收，隔膜回收率在95%以上，电解液也可以做到90%左右。修复材料制造成锂离子电池后，可组装成PACK，应用于低速车、电动自行车、电动工具和家用储能等领域。
其他成分回收
负极回收
锂电池负极材料的种类繁多，但目前应用较多的是碳、石墨类和非石墨类碳材料。石墨负极材料回收工艺通常采用热处理、浸出或研磨浮选的方式来回收。石墨在废旧锂电池当中所占比例（质量分数）约为12%～21%，这一数量十分可观。在某些不生产石墨或者石墨储量较低的国家，例如美国和部分欧洲国家，都将石墨作为一种关键材料，回收的石墨粉通过改性后有望循环应用于电池生产中。浮选法回收：石墨天然疏水，与亲水物质表面物理化学性质差异较大，可采用浮选方法，添加捕收剂、起泡剂、调整剂等，将石墨与其他亲水材料分离。废锂离子电池中的LiCoO2则是极性强、亲水性好的离子晶体，浮选法实现了LiCoO2正极和石墨负极材料的同时回收，简化了回收流程，操作简单、高效、污染小，但是该方法回收的石墨含有较多杂质，分选得到的石墨纯度有待进一步提高。
电解液回收
电解液回收往往被忽略，经济性原因普遍被焚烧处理。目前电解液回收面临诸多挑战，如电池循环后电解液会吸附在多孔电极上，提取和收集难度大；其次电解液挥发、易燃、有毒，加剧了回收的复杂性；再者电解液回收工艺较复杂，小规模情况下经济效益不明显。因此，考虑成本及规模等因素，目前大多数企业仅回收高价值的能源金属，忽略电解液的回收，在废旧电池处理过程中多将电解液燃烧或经废气净化处理后排入大气中。电解液成分复杂，回收处于初级阶段，常用方法有冷冻法、机械法、有机溶剂萃取法和超临界回收法。电解液主要由锂盐、有机溶剂和添加剂组成。考虑到未来废电解液量将非常巨大，从资源和环保角度出发，电解液回收及高值化利用均迫在眉睫，但目前仍处在初级阶段，在数量和质量上均有待提高。电解液回收技术可分为冷冻法、机械法、有机溶剂萃取法和超临界回收法。
CO2超临界萃取法：当温度和压力达到临界状态时，CO2具有超高的溶解能力，能够有效溶解非极性物质，且化学性质稳定、无毒、价格低，是一种优秀的萃取剂，可将电解液从废旧的锂电池中分离，提取电解液的回收率可以达90%以上。仅有少数企业开展过电解液的回收技术研发。英国AEA公司经低温破碎、分离钢材后，用乙腈提取电池中的电解液，采用N-甲基吡咯烷酮（NMP）提取黏合剂（PVDF），分选后得到Cu、Al和塑料，电沉积法将溶液中的Co转化为CoO。日本OnTo公司开发了Eco-Bat工艺，将电池放置在一定压力和温度的容器中，用液态二氧化碳(CO2)溶解电池内的电解液，改变温度和压力使CO2气化，进而让电解液从中脱出。大部分企业放弃电解液回收，或燃烧-净化处理。格林美将锂离子电池经过预处理、酸浸、分离提纯、重新合成、热处理等过程，获得超细钴粉和镍粉，电解液经燃烧、净化处理后排放。比利时Umicore开发了独特的Val’Eas工艺，通过特制的熔炉采用高温冶金法处理锂离子电池并制备出Co(OH)2/CoCl2，石墨和有机溶剂作为燃料焚烧处理。法国Recupyl公司采用拆解-浸出-沉淀-净化的工艺回收铝、钴、锂等材料，放弃回收电解液。
经济性：能源金属价格上涨，凸显回收商业价值
退役动力电池回收价值分析
正极材料贡献动力电池最大价值部分。新能源汽车的成本构成中，电池占了接近一半，是最重要的成本要素。而动力电池主要由正极、负极、隔膜以及电解液等组成，据数据，三元动力电池中，正极材料成本占比约45%，隔膜占比约18%、负极材料占比约15%，电解液约10%、铜箔约8%、铝箔4%。2022年随着能源金属价格的大幅上涨，汽车中电池成本占比和电池中正极材料成本占比更高。
退役动力电池回收成本拆解
电池回收成本包括原材料成本、辅料、能源动力、环境治理（三废处理）、人工成本、折旧摊销等。其中原材料成本主要是指购置废旧电池的成本，价格随镍钴锂价格波动变化较大；辅助材料成本是指报废的动力电池处理中所需要用到的酸、碱、有机溶剂、沉淀剂等，其种类和成本因工艺不同会有较大差别；另外天然气、电力、水，以及人工成本也是电池回收成本的主要构成。湿法工艺成本较高，且三元电池回收工序成本略高于磷酸铁锂。国内电池回收主要采用湿法回收工艺，因工艺流程长、过程中需要使用的酸碱溶液、辅助原料较多，因此产生的废液也相对较多，成本相对较高。三元电池回收金属品种多，工序、辅料种类和用量、能源动力消耗都高于磷酸铁锂，因此成本也较高。抛开电池购买成本，处理1吨三元电池和处理1吨磷酸铁锂电池成本分别为1.4万元和1.1万元。
根据SMM报价，2023年4月初废旧方壳磷酸铁锂电池价格约为0.8万元/吨，废旧523方形三元电池价格约为2.6万元/吨；根据上表，回收1吨电池的成本分别约为1.9万元/吨和4.0万元/吨；回收1吨磷酸铁锂电池金属产品的价值约为2.0万元，回收1吨NCM523电池金属产品的价值约为5.7万元，磷酸铁锂回收经济性略差，只靠回收锂仅略微盈利，其他材料回收同样重要，废旧NCM523电池回收盈利约1.7万元，毛利率约30%。
退役电池回收计价模式
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