欧洲电动汽车锂电池及材料回收的宏图大志

欧洲电动汽车锂电池及材料回收的宏图大志

鉴于交通运输行业脱碳的紧迫性，电池是实现无碳道路运输系统的最佳途径，也是支持道路车辆向零排放过渡的关键技术，这将使该行业摆脱对化石燃料的依赖。随着纯电动汽车取代欧洲传统汽车，未来几年对电池和锂、镍和钴等原材料的需求将继续增长。

不过欧洲的目标是“更多电池，更少材料”——随着电池技术（新型电池化学）的发展，生产每千瓦时电动汽车电池所需的原材料将越来越少。2020年至2030年，每千瓦时电动汽车电池所需的平均锂含量将下降一半（从0.10kg/kWh降至0.05kg/kWh）；钴含量将继续下降，下降幅度超过四分之三（从0.13kg/kWh降至0.03kg/kWh）；镍含量将向更高的方向发展，因此可以减少约五分之一（从0.48kg/kWh降至0.39kg/kWh）。

尽管如此，上述三种关键原材料仍将大量需要。T&E 预计，根据欧洲计划的生产能力，材料需求将大幅增加：

锂：由2020年的5000吨增至2030年的3.6万吨；

钴：从 2030 年的 7,000 吨增加到 2030 年的 21,000 吨；

镍：从 2025 年的 26,000 吨减少到 2030 年的 26,000 吨。

不含回收的主要电池原材料总需求（千吨）

锂离子电池原材料的预期需求与所需的电池总供应量、电池化学的预期演变、能量密度以及每种化学物质的详细组成密切相关。

首先，目前用于驱动电动汽车的锂离子电池化学混合物主要是NMC，占市场上电池的36％。 它将会在2025年超过前者（占电池的41％），而NMC9.5.5将在2030年超过它（占电池的3​​7％）。

平均电池销售构成

电池化学成分的命名惯例基于阴极中关键材料的首字母及其比例。例如，电池的阴极由镍、锰和钴制成，比例为 6-2-2（即镍是锰或钴的三倍）。随着我们接近 2030 年，预计从锂离子电池转向先进化学成分将使电池组合变得更加不确定，尤其是在 2030 年之后。

其次，由于电池能量密度的增加（从 2020 年的略高于 200 Wh/kg 增加到 2030 年的 350 Wh/kg 左右），过去几年中，上述每种电池化学成分生产每千瓦时电池所需的材料都有所减少。

降低平均电池成分（kg/kWh）

电池材料再利用和回收提上日程

与当今的化石燃料汽车不同，电动汽车电池已成为循环经济的一部分，电池材料可以重复使用和回收，以生产更多电池。电池材料的回收对于减少原材料的初级需求压力以及最终限制原材料开采对环境和社区的影响至关重要。

根据欧盟委员会提出的目标，到2030年，电动汽车电池生产所需的5%的锂、17%的钴和4%的镍可以从欧洲回收的电动汽车电池中获得。到2035年，随着越来越多的汽车报废，锂和镍的比例将增加到22%，钴的比例将增加到65%。由于回收目标更高，2035年回收电池的供应将进一步减少原材料的需求，锂减少6%，钴减少2%，镍减少1%。

回收对减少原材料需求的影响

电动汽车的回收利用将从2030年开始产生强大的影响，而便携式电子产品回收利用的影响可能会在2020年以后出现。如果锂、钴和镍的供应充足，电动汽车可以在全球范围内迅速推广。对于欧洲来说，如果将欧洲目前的原材料储备折算成BEV电池，将相当于生产2亿辆BEV（或不回收的情况下生产2000万辆BEV），170亿辆BEV（或不回收的情况下生产3亿辆BEV），5亿辆BEV（或不回收的情况下生产1000万辆BEV）。

实现最高效和可持续的原材料供应目标的关键是优先使用再生材料或二次材料，以减少新的原生资源或采矿量，并加强材料供应的安全性并防止价格波动。电池原材料的高回收率目标应该是这一循环经济战略的核心。废旧电池的再利用（无论是用于固定存储还是要求较低的移动应用）也有助于消除生产新电池和原材料的压力。

通过回收有价值的材料，废旧电池将用于新产品，延长原材料的使用期限。对于电池中的关键金属钴和锂来说尤其如此。欧盟委员会提出的新电池法规对锂离子电池有具体的回收目标：

钴、镍、铜的回收率2025年将达到90%，2030年将达到95%；

2025年锂回收率将达到35%，2030年将达到70%。

根据对电动汽车电池回收量的预测，对原材料的需求增长将进一步缓解。

新电池法规还要求回收效率（回收投入与回收产出的加权比）到2025年达到65%，到2030年达到70%。此外，提案还规定了钴、镍、锂和铜的具体回收率：

钴、镍、锂和铜的具体回收率

除此之外，欧盟委员会还设定了2030年前新电池的最低回收率：

新电池中可回收成分的最低含量

回收确保原材料安全

可回收电池主要来自于电动汽车中已达到使用寿命终点的电池（或在二次应用中），但也可能来自：生产废电池、测试电池、不合格产品、非销售（退回制造商）车辆、道路事故和其他类型的电池更换。因此，用于回收的电动汽车电池可以具有同一生产年份的电池材料成分，也可以更老。因此，未来十年内返回回收公司的电动汽车电池流量不会太大，因为它们在交通运输中首次使用（绝大多数）的平均寿命将超过十年，而二次使用和电池再利用将进一步延长电池的寿命，直至电池进入最后的回收阶段。但是，由于生产废料和更早的更换电池，用于生产电池的材料预计平均只需 10 多年就能进入回收阶段。

动力电池拆解

根据《循环能源存储》报告，到 2030 年，全球仅有 16% 的废旧电池（即 27GWh）可供欧洲回收商使用，这仅占 2030 年欧洲电池总需求的 4%。根据 T&E 的计算，欧洲回收商可以为 2035 年制造的新电池的 16% 提供材料，即 20% 左右。来自其他来源（如便携式电子设备）的电池可以在电动汽车电池供应量仍然相对较少的 2020 年代发挥补充作用。

2030年代电动汽车电池回收材料的数量将大幅增加：

回收锂的供应量将从 2030 年的约 2,000 吨增加到 2035 年的 12,000 吨（含锂，而非碳酸锂当量（LCE））；

回收钴的供应量将从2025年的4000吨增加到2035年的16000吨；

再生镍的供应量将从 2030 年的 11,000 吨增加到 2035 年的 94,000 吨。

回收供应减少了原材料需求压力，也减少了来自采矿活动的供应。到 2030 年，新电动汽车电池生产所需的锂、钴和镍的回收率分别为 5%、17% 和 4%（基于欧盟委员会的材料回收率）。回收可以提供欧洲 2035 年电动汽车电池生产所需的至少 22% 的锂和镍以及 65% 的钴。这些计算保守假设 2035 年的电动汽车电池仍然是基于液体电解质的电池（主要是高密度 NMC），并且没有考虑到可能采用更先进的电池化学成分。换句话说，如果不考虑回收，则需要增加其他供应来源，包括采矿业的一次来源和其他地区的二次供应。例如，到 2035 年，如果不进行回收，钴的供应量必须增加两倍（+28% 镍和 +39% 锂）。

回收对减少原材料需求的影响

电池创新将带来更大挑战

面对未来的市场需求，欧盟委员会也提出了钴回收率为12%，锂和镍回收率为4%的方案。但由于电池是一个快速增长且高度创新的市场，未来（尤其是2030年之后）生产的电池类型本身就存在不确定性，因此高回收率目标应优先于不确定性较大且冗余的回收率目标。例如，LFP（磷酸铁锂）电池最近出现反弹，尽管能量密度较低，但仍越来越受廉价中型电动汽车的欢迎。如果这种趋势持续下去，而且由于LFP电池不含钴，钴回收率目标对LFP电池来说就变得毫无用处。另一方面，随着高锂含量的固态电池（金属锂电池）很可能实现商业化并占领市场，锂回收率目标可能变得更具挑战性。

锂电池回收处理技术尚未开发

国家新能源汽车技术创新中心总经理袁成银博士认为，“对于锂电池的梯次利用和后续处理，还有一些技术路线没有完全落地，比如对于磷酸铁锂电池中的锂，现在人们更倾向于使用钴、镍等贵金属，而不是锂或者铁。另一方面，锂电池回收过程的几个阶段还没有被完全搞清楚。”

第一，对车辆上锂电池的状态进行监测和评估，包括剩余电量和电池寿命预测。

第二，回收之后是直接拆解，还是分阶段再利用？后者最大的问题是没有大规模的数据，没有大规模的应用场景，大部分都是讲故事，比如电信行业，适合用的50Ah电池根本就没那么多。

第三，拆解之后的物料如何处理？包括废液、隔膜如何处理，取出的物料是否要先化学萃取成各种金属，还是中间再做一些其他的处理。过去一般的套路是先放电，萃取出电解液，然后物理粉碎，按照密度吹到自然区域，再在不同区域化学萃取。现在发现这种方式混入的杂质比较多，而且化学萃取金属的效率比较低。业界正在寻找更高效、更短闭环的处理方式。

【附录】欧洲动力电池材料加工工艺流程

破碎

细小颗粒干燥并泵出液体电解质

对干燥的材料进行筛选，重新提取含有锂、镍、锰、钴和石墨的有价值的“黑色粉末”。

将磁性原料与颗粒分离

将非磁性原料与合成颗粒分离

分离出的金属