1.1、 电动车产业快速发展,动力电池退役量庞大
全球新能源汽车行业发展迅速,2020 年全球新能源汽车销量 309.52 万辆,同比 +40.16%,其中纯电动汽车销量 212.61 万辆,同比+29.58%,在新冠肺炎疫情 的冲击下逆势增长。我们预计 2021-25 年全球新能源汽车销量增速有望在 30% 以上,到 2025 年销量将突破 1300 万辆。
中国新能源汽车产业于 21 世纪初期兴起,自 09 年“十城千辆”工程启动, 2013-14 年推广应用新能源汽车并免征购置税,2015 年 4 月财政部发布《关于 2016-2020 年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》,对新能源汽车购买给 予补助实行普惠制,财政补贴成为推动中国新能源产业的主要增长力量。随着新 能源汽车购置补贴逐步退坡,2017 年开始推行的“双积分”政策接力继续推动 新能源产业发展。我们预计我国新能源汽车销量未来 5 年增长率稳定在 30%-40%,到 2025 年有望超过 600 万辆。
在电动汽车市场快速增长带动下,动力型锂离子电池继续保持快速增长势头。按 照正极材料动力电池可分为三元电池、磷酸铁锂电池及其他电池。目前看,海外 以三元电池为主,国内三元电池和磷酸铁锂同步发展。全球动力电池年新增装机 量保持稳定增长,我们预计 2025 年装机量可达 623GWh;国内装机量可达 312GWh。其中三元电池装机量达 174.5GWh,磷酸铁锂装机量达 137.4GWh。
1.2、 全球电动化趋势下,锂资源约束几何
在碳中和背景下,电动车和储能市场将快速增长,根据 BNEF 在 2020 年的预测:
(1)2020-2040 年,全球电动乘用车销售量将从约 200 余万辆,增加至约 5500 万辆(约 3300GWh,以 60kWh/辆计算),是 2020 年的 27.5 倍;
(2)2020-2050 年,全球储能市场累计装机量将从约 20GWh,增至约 1700GWh, 是 2020 年的 85 倍。
如果以电动车 8 年一个更换周期计算累计量,并假设储能装机大部分采用锂电, 对锂电需求量进行测算,2020-2060 年累计将达到 25TWh,若按 1GWh 电池对 应碳酸锂需求约 600 吨,则碳酸锂需求约为 1500 万吨。
从世界锂资源的勘探量来看,我们并不需要担心锂资源不够用,但我们依然需要 关注区域上的资源约束。
(1)资源量较高的是盐湖中的锂,如果提纯技术能够进步、生产成本能够降低, 问题将能够较好的解决;
(2)中国优质的锂资源与世界其他地区相比较少,考虑我国是锂电中游产业链 以及下游应用市场核心,因此需要考虑资源掣肘;
(3)从锂盐产能、成本分布和锂价趋势看,不同资源禀赋、地区政策导致开采 难度和投资、成本不同,未来不同时间、不同区域供需有一定的错配,锂价格大 幅波动也再所难免,若锂价大幅上涨,将不利于实现碳中和愿景。
因此,综合考虑环保因素、锂资源区域约束、锂价格因素,对使用过的锂电池进行回收也是一项必要的工作。
1.3、 动力电池梯次利用与材料回收市场空间
1.3.1、动力电池报废量及梯次利用量空间预测
我们对未来三元电池的金属回收市场空间及磷酸铁锂电池的梯次利用与回收市 场空间设计了测算模型,首先作出如下假设:
(1)三元电池:
1)在循环充放电过程中电池容量会逐渐衰减,当衰减至 80%以下时,便达到退 役状态。通常,动力电池的服役年限在 5 年左右。我们假设三元电池与磷酸铁锂 电池的有效寿命均为 5 年。因此,截至目前,第一批动力电池己经到达退役年 限,今后将迎来较为持续且不断扩大的动力电池回收市场。在此假设下,2014 年装机的三元(磷酸铁锂)电池将在 2019 年全部拆解回收,2015 年装机的三 元(磷酸铁锂)电池将在 2020 年全部拆解回收,以此类推。
2)对退役三元电池的处理主要采取拆解回收的方式。拆解回收主要是对正极材 料中的钴、镍、锰、锂等金属材料的回收再利用,而正极材料又分为 NCM333、 NCM523、NCM622、NCM811 等,且不同的技术路线能量密度不同。随着三元 电池行业的发展,高镍、无钴成为主要发展趋势,我们对未来年份正极材料各金 属占比进行假设,并进行测算。
3.4.2、梯次利用之“峰谷套利”降本测算
鉴于未来大量的磷酸铁锂电池退役,而单纯的磷酸铁锂电池的拆解回收没有太大 的经济效益。因此,梯次利用将成为退役磷酸铁锂电池最佳的选择。退役的磷酸 铁锂电池的电池容量往往仍在 70%-80%,在某些场合,仍然具有很好的储能效 益。 因此,我们设计了一个使用退役的磷酸铁锂电池为基础的储能电站模型,利用“峰 谷套利”获得收益。
3.4.1、拆解回收降本测算:锂电材料企业的降本逻辑
废旧动力电池资源的拆解回收能够缓解资源紧张,从而减少相关资源的开采以及 对市场材料的依赖。同时,材料企业还能通过回收利用的金属直接销售带来一定 的经济效益。为此,我们构建经济性评估模型,针对动力电池回收过程中投入成 本和回收材料用于后续动力电池生产产生的成本降低,以相应的数学模型的形式 表达出来,便于定量化分析。
按成本分析法建立废旧动力电池的收益模型,收益(E)可以用下式表示: 其中 Esell表示拆解回收的有价金属全部直接出售(这里只考虑镍、钴、锰、锂), CRecycle表示拆解回收得到有价金属过程中所需要考虑的相关成本。
根据上表测算:回收 1 吨废弃的三元电池,其成本为 21900 元,而回收 1 吨废 弃的磷酸铁锂电池的成本为 21400 元。我们后续将测算三元电池拆解回收得到 的 Ni、Co、Mn、Li 的循环利用效益。由于磷酸铁锂电池拆解回收每吨回收的产 物为磷酸铁、碳酸锂、铝料,直接拆解回收的经济效益并不大,优先梯次利用, 或处理成本通过行政手段、补贴内部化后,经济性才会出现。
中国铁塔的商业回收模式关键在于与车企、动力电池企业合作,从而共建共享回 收网络。目前,中国铁塔与一汽、东风、江淮、比亚迪、蔚来等众多新能源车企 签署了战略合作协议,这些合作协议主要服务于新能源汽车退役电池的回收利 用。同时,中国铁塔也积极与动力电池企业进行战略合作,2018 年 1 月,中国 铁塔与国轩高科签订动力电池梯级再生利用战略合作协议,国轩高科与中国铁塔 成为战略合作伙伴,协力推动梯级动力电池在通讯基站领域的应用。
中国铁塔以退役动力电池作为基站用储能电池的梯次利用潜力巨大,市场广阔。 中国铁塔公司早在 2015 年便陆续在 12 个省市 3 000 多个基站开展梯次利用电 池替换铅酸电池试验,充分验证了梯次利用安全性和技术经济性可行。2018 年, 中国铁塔公司已停止采购铅酸电池,而是从深圳比亚迪等 20 个企业采购退役动 力电池。截至 2018 年,中国铁塔在全国约 12 万个基站中使用梯次回收电池共 计约 1.5GWh,替代铅酸电池约 4.5 万吨,成为全国梯次利用行业的领先企业。
随着 5G 时代来临,中国铁塔的 5G 基站建设将在未来几年内迎来快速增长,若 梯次利用电池应用于 5G 基站,则铁塔对于梯次利用电池的需求将进一步攀升。 我们以每个基站使用 12.5kWh 梯次利用电池为基础,综合 5G 频谱及相应覆盖 增强方案,预计未来十年国内 5G 宏基站约为现有 4G 基站数量的 1-1.2 倍(截 至 2019 年,国内现有 4G 基站 445 万个),合计约 500-600 万,对应梯次利用 电池的总需求将达到 62.5GWh-75GWh,基本可以被未来的退役梯次利用电池有效消化。