我國鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈,該如何發(fā)展?

時間:2022-07-18

來源:中國工程院院刊

導語:受新能源汽車行業(yè)的發(fā)展帶動,近年來我國鋰消費保持了高速增長態(tài)勢,相關(guān)產(chǎn)業(yè)處于加速上升的前期,面臨著參與鋰電產(chǎn)業(yè)鏈國際競爭的重大戰(zhàn)略機遇。

  為此,推動鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈的高質(zhì)量發(fā)展,對支撐我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級、保障戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)發(fā)展起到關(guān)鍵作用。

  中國工程院院刊《中國工程科學》2022年第3期刊發(fā)中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所陳其慎研究員科研團隊的《我國鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展探討》一文。文章梳理了鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)成,涵蓋資源端、冶煉加工端、關(guān)鍵材料與產(chǎn)品端、循環(huán)利用端四部分,據(jù)此闡述了相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展的必要性及其基本狀況。

  研究發(fā)現(xiàn),受自然、生態(tài)等約束,國內(nèi)鋰礦擴產(chǎn)受到限制;國際性的資源爭奪導致我國海外進口風險劇增;正極材料、電解液等核心專利處于被國外公司壟斷局面;關(guān)鍵材料與電池技術(shù)相比國際先進水平存在一定差距,新興技術(shù)方向的積累薄弱;廢舊動力電池資源二次回收體系不完備,產(chǎn)業(yè)秩序有待規(guī)范。

  文章著眼鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈的高質(zhì)量發(fā)展,論證了2025 年、2035 年的階段發(fā)展目標,提出了采取多維度構(gòu)建安全穩(wěn)定的資源供應(yīng)體系、攻關(guān)關(guān)鍵材料和電池新技術(shù)并強化鋰電技術(shù)體系及人才儲備、圍繞關(guān)鍵材料與產(chǎn)品實施創(chuàng)新以帶動產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)展的建設(shè)路徑。文章建議,注重頂層設(shè)計的完備性,形成全產(chǎn)業(yè)鏈一體化管理模式;合理加大資金支持力度,促進基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究水平互促提升;鼓勵上、下游環(huán)節(jié)的企業(yè)開展合作,增強產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效應(yīng);強化“產(chǎn)學研”合作,培育產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)合型科技人才。

  一、前言

  世界碳減排壓力凸顯,鋰電池作為重要的減碳裝備得到了快速發(fā)展。受新能源汽車行業(yè)的發(fā)展帶動,近年來我國鋰消費保持了高速增長態(tài)勢(年均增速為24%),2020年的鋰消費量為2.29×105 t(按碳酸鋰當量計,下同)、車載動力電池出貨量為80 GW·h。目前,我國是世界上最大的鋰消費國、下游材料生產(chǎn)國、電池生產(chǎn)國,相關(guān)產(chǎn)業(yè)處于加速上升的前期,面臨著參與鋰電產(chǎn)業(yè)鏈國際競爭的重大戰(zhàn)略機遇。

  為了支持我國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)的有序發(fā)展,工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會等部門積極出臺政策,著眼2025年前動力電池產(chǎn)品的性能與安全性、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、關(guān)鍵材料及零部件、生產(chǎn)裝備智能化等,提出具體要求;以動力電池實行梯次利用為契機,明確動力電池回收責任主體及動力電池編碼制度、建立全生命周期追溯體系,促進資源的高效循環(huán)利用。

  在學術(shù)與產(chǎn)業(yè)研究方面,針對鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)開展了較多工作:關(guān)于資源勘查,總結(jié)了四川省富鋰地區(qū)資源勘查進展、全國鹽湖鋰資源品質(zhì),梳理了選礦工藝及開發(fā)現(xiàn)狀;關(guān)于冶煉加工,剖析了各類加工鋰鹽的發(fā)展規(guī)模、企業(yè)發(fā)展情況等;關(guān)于關(guān)鍵材料和電池產(chǎn)品,完成了國內(nèi)外關(guān)鍵材料研發(fā)技術(shù)狀況對比,分析了我國關(guān)鍵材料發(fā)展面臨問題并提出了面向2035年的目標任務(wù);還梳理了鋰產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)以及龍頭企業(yè)的生產(chǎn)工藝與技術(shù)路徑。然而從已有文獻看,著眼行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展而展開的鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈串聯(lián)性研究還有所不足。

  本文從鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展的必要性出發(fā),針對資源端、冶煉加工端、關(guān)鍵材料與產(chǎn)品端、循環(huán)利用端等產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成,凝練問題、研判目標、論證路徑、提出對策,以期為相關(guān)行業(yè)發(fā)展研究提供基礎(chǔ)參考。

  二、鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成與高質(zhì)量發(fā)展的必要性

  (一)鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成

  產(chǎn)業(yè)鏈指從原材料一直到終端產(chǎn)品制造的各生產(chǎn)部門的完整鏈條,其實質(zhì)是各產(chǎn)業(yè)相互之間供給與需求、投入與產(chǎn)出的關(guān)系,也是對產(chǎn)業(yè)部門之間因技術(shù)經(jīng)濟聯(lián)系而存在緊密關(guān)系的形象表述。本文將鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈劃分為礦產(chǎn)資源端、冶煉加工端、關(guān)鍵材料與產(chǎn)品端、循環(huán)利用端4個環(huán)節(jié),各環(huán)節(jié)之間相互聯(lián)動、相互制約、相互依存,存在產(chǎn)品、生產(chǎn)技術(shù)、投資等關(guān)聯(lián)方式。

  礦產(chǎn)資源端主要指勘查與采礦,涉及鋰輝石、鋰云母、鹽湖等不同鋰資源類型的開發(fā)利用;處于產(chǎn)業(yè)鏈的最上游,是冶煉加工產(chǎn)業(yè)不可或缺的原材料、形成整個產(chǎn)業(yè)鏈的物質(zhì)基礎(chǔ)。

  冶煉加工端主要指有色金屬冶煉加工業(yè)中的鋰鹽加工,涉及碳酸鋰、氫氧化鋰、六氟磷酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰等鹽類產(chǎn)品的加工生產(chǎn);相應(yīng)的產(chǎn)品規(guī)模、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量等條件制約著關(guān)鍵材料的生產(chǎn)與發(fā)展。

  關(guān)鍵材料與產(chǎn)品端主要指汽車鋰動力電池及其生產(chǎn)所需要的關(guān)鍵部件,如含鋰關(guān)鍵材料主要有三元正極材料、磷酸鐵鋰正極材料、電解液等;關(guān)鍵材料的研發(fā)能力、生產(chǎn)技術(shù)水平等因素,直接影響下游的產(chǎn)品性能與水平。電池產(chǎn)品主要分為三元動力電池、磷酸鐵鋰動力電池,不同的技術(shù)發(fā)展路線同樣影響關(guān)鍵材料種類的選擇與發(fā)展。

  循環(huán)利用端主要指對報廢汽車動力電池中的鋰元素進行提取再利用,是提高資源利用效率的有效手段,將直接緩解資源端的供應(yīng)緊張態(tài)勢。

  (二)鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展的必要性

  鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈的高質(zhì)量發(fā)展,將突出表現(xiàn)為:國內(nèi)鋰資源得到綜合、高效、綠色開發(fā)利用,深加工鋰鹽、關(guān)鍵材料、不同電池產(chǎn)品的核心技術(shù)獲得突破,各類產(chǎn)品的質(zhì)量保證、技術(shù)研發(fā)能力達到國際先進水平,報廢的動力電池得到有序和充分地回收再利用,產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)流通順暢且規(guī)模與結(jié)構(gòu)合理,產(chǎn)業(yè)鏈自主可控、科技創(chuàng)新協(xié)同、“短板”環(huán)節(jié)改善等態(tài)勢良好。加快實施鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展,必要性體現(xiàn)在以下四方面。

  一是實現(xiàn)燃油車向新能源汽車平穩(wěn)過渡,加速降低能源風險。我國石油資源匱乏,2021年石油進口依存度達到72%;能源消費尚未達峰,若繼續(xù)加大石油使用量,將加劇國家能源安全風險。在交通領(lǐng)域,采用性能先進的動力電池可顯著縮小燃油車與新能源汽車的駕駛體驗差距,在支持實現(xiàn)新能源汽車與燃油車平穩(wěn)過渡的同時,進一步降低交通領(lǐng)域石油消費量,緩解對外石油依賴。

  二是支撐新能源電力的多場景應(yīng)用,助力實現(xiàn)碳達峰、碳中和戰(zhàn)略目標。高質(zhì)量的鋰動力電池作為一種儲能裝置,將高效利用風、光、水等新能源電力;還可規(guī)?;瘮U展到航空、航天、船舶等重大裝備應(yīng)用場景,為控制碳排放強度、改善清潔能源使用結(jié)構(gòu)提供有力支撐。

  三是加快形成以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局。國際競爭趨于激烈,逆全球化趨勢對國際供應(yīng)鏈分工合作模式提出挑戰(zhàn)。唯有驅(qū)動鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控,才能有效應(yīng)對國際競爭、在關(guān)鍵時刻保障國內(nèi)生產(chǎn)和供給不受影響,從而提升國內(nèi)經(jīng)濟的自我循環(huán)水平。

  四是支撐國家經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。鋰電產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈迫切需要朝著國際價值鏈的中高端邁進,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)則轉(zhuǎn)向高技術(shù)含量、高附加值的體系模式。形成上、下游各環(huán)節(jié)共同發(fā)力,協(xié)同創(chuàng)新效應(yīng)顯著,競爭力水平大幅提升,產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平國際領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)鏈體系,支撐甚至引領(lǐng)國家經(jīng)濟的優(yōu)質(zhì)高效發(fā)展。

  三、我國鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀

  (一)資源端

  我國鋰資源種類豐富,儲量排名世界第四位(約8×106 t),約占世界總儲量的7%。目前世界上大規(guī)模開采的鋰資源主要是鹽湖、鋰輝石、鋰云母;富鋰黏土作為一種潛力資源,部分企業(yè)已在墨西哥開展生產(chǎn)試驗,尚未進行大規(guī)模商業(yè)利用。我國同時擁有鹽湖、鋰輝石、鋰云母3種資源,其中鹽湖鋰主要分布在青海省、西藏自治區(qū),鋰輝石主要分布在四川省,鋰云母主要分布在江西省;也有一定規(guī)模的黏土型資源,具備良好的發(fā)展前景。

  相比海外優(yōu)質(zhì)資源,國內(nèi)鋰資源存在硬巖品位相對較低,鹽湖中成分復(fù)雜、鎂鋰占比較高,提取難度相對較大等特點。例如,四川省的甲基卡鋰輝石品位為1.3%~1.5%,而澳大利亞格林布什鋰輝石品位達2.1%;我國察爾汗、大柴旦、一里坪等鹽湖的鎂鋰占比分別為1577、134、90.5.而智利阿塔卡瑪鹽湖、玻利維亞烏尤尼鹽湖的鎂鋰占比僅為6.4、18.6.

  我國鋰資源的產(chǎn)量增速較快,但產(chǎn)量有限。2015—2020年世界鋰礦產(chǎn)量年均增速為20%,而我國同期的年均增速高達45%;目前我國的產(chǎn)量為7.5×104 t,約占世界總產(chǎn)量的17%。江西省、青海省是我國最重要的鋰資源生產(chǎn)地,合計占我國總產(chǎn)量的80%。四川省、西藏自治區(qū)雖然擁有豐富的資源,但因環(huán)境保護約束,高寒、高海拔開發(fā)環(huán)境惡劣,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)周期長,短期內(nèi)的產(chǎn)量增長十分有限。

  國內(nèi)資源開發(fā)市場較為集中,產(chǎn)量排名前5位的企業(yè)份額合計達93%。主要開采公司有宜春鉭鈮礦有限公司、青海鹽湖工業(yè)股份有限公司、西部礦業(yè)集團有限公司、融達鋰業(yè)有限公司、青海恒信融鋰業(yè)科技有限公司、西藏礦業(yè)發(fā)展股份有限公司等。

  與海外開采礦山相比,國內(nèi)鋰礦的提取生產(chǎn)成本偏高。2021年,世界主要鋰礦的開采現(xiàn)金成本不到2900美元/t,澳大利亞優(yōu)質(zhì)鋰輝石項目開采成本均不超全球平均水平;我國江西宜春鋰云母、東西臺吉乃爾等項目的提取成本高于3700美元/t,超出世界平均水平約30%。

  (二)冶煉加工端

  我國生產(chǎn)的鋰鹽種類齊全,產(chǎn)量增長迅速。2015—2020年的平均增速為32%,2020年的產(chǎn)量為2.46×105 t,約占世界總產(chǎn)量的67%。形成了大量進口礦產(chǎn)資源進行冶煉加工、出口下游產(chǎn)品的基本格局。生產(chǎn)集中度較高,前5家企業(yè)的市場份額占比超過80%,代表性企業(yè)有江西贛鋒鋰業(yè)股份有限公司、天齊鋰業(yè)股份有限公司、盛新鋰能集團股份有限公司、四川雅化實業(yè)集團股份有限公司等。鋰深加工產(chǎn)品的產(chǎn)能規(guī)模仍處于擴張階段,但因進口鋰礦資源供應(yīng)的增量有限而未能利用全部產(chǎn)能。

  新型雙氟磺酰亞胺鋰鹽(LiFSi)有望成為第二代電池的電解質(zhì),我國企業(yè)積極開展投資布局。2020年,以上??爹i科技股份有限公司、深圳新宙邦科技股份有限公司為代表,開始量產(chǎn)LiFSi;國內(nèi)建設(shè)產(chǎn)能約6800 t(占世界總產(chǎn)能90%),明顯快于海外產(chǎn)能建設(shè)速度。

  電池級碳酸鋰、電池級氫氧化鋰、六氟磷酸鋰等深加工產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)與質(zhì)量達到國際領(lǐng)先水平,可滿足國內(nèi)下游關(guān)鍵材料企業(yè)應(yīng)用需求,同時向海外知名企業(yè)供貨。例如,江西贛鋒鋰業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的電池級氫氧化鋰產(chǎn)品,為國際主流品牌的車用鋰電池產(chǎn)品進行配套;多氟多新材料股份有限公司生產(chǎn)的高純晶體六氟磷酸鋰產(chǎn)品,向日本宇部興產(chǎn)株式會社、韓國Soulbrain股份有限公司等國際主流的電解液企業(yè)供貨。

  我國企業(yè)的鋰鹽加工生產(chǎn)過程朝著智能化、綠色化方向發(fā)展。天齊鋰業(yè)股份有限公司建成世界首條全自動化的電池級碳酸鋰生產(chǎn)線,年產(chǎn)能可達2×104 t;融捷股份有限公司等企業(yè)也正在建設(shè)高度自動化的鋰鹽工廠。鋰鹽加工屬高耗能行業(yè),生產(chǎn)過程中產(chǎn)生污染物。部分礦石類提鋰企業(yè)通過改進生產(chǎn)工藝、采用酸化窯外夾套循環(huán)加熱等方式降低總能耗和“三廢”排放。

  (三)關(guān)鍵材料與產(chǎn)品端

  1. 正極材料

  我國正極材料生產(chǎn)規(guī)模較大,超過世界總產(chǎn)量的50%。目前市場主流的汽車動力電池正極材料是三元材料、磷酸鐵鋰材料,2020年我國三元正極材料產(chǎn)量為2.1×105 t,約占世界產(chǎn)量的40%。三元正極材料的高鎳低鈷化是發(fā)展趨勢,2020年國內(nèi)中低端產(chǎn)品,如鎳鈷錳多元材料(NCM)333、NCM523的產(chǎn)量占比為57%,而NCM811、鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等高端高鎳產(chǎn)品的產(chǎn)量僅占23%,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)失衡。國內(nèi)NCA材料產(chǎn)量不高,主要原因在于:NCA材料相比NCM技術(shù)壁壘更高,對生產(chǎn)工藝、濕度等條件要求更為嚴格;我國三元電池發(fā)展路徑以NCM為主,導致材料端、產(chǎn)品端難以產(chǎn)生聯(lián)動效應(yīng)、材料企業(yè)的NCA生產(chǎn)動力不足。

  國內(nèi)高端產(chǎn)品市場的集中度較高。以NCM811為例,寧波容百新能源科技股份有限公司、天津巴莫科技有限責任公司的市場份額合計高達84%。在產(chǎn)品質(zhì)量方面,重點企業(yè)產(chǎn)品的品質(zhì)良好,進入了國際主流電池廠商的供應(yīng)鏈。目前,國內(nèi)產(chǎn)品基本滿足我國下游電池生產(chǎn)需求,但高端正極前驅(qū)體材料仍部分依賴進口。

  2020年,我國磷酸鐵鋰正極材料產(chǎn)量約為1.42×105 t,處于世界主導地位。磷酸鐵鋰安全性好、循環(huán)壽命長,但因電池體積能量密度偏低而在國外較少生產(chǎn)。近年來,國內(nèi)無模組刀片電池等結(jié)構(gòu)性創(chuàng)新大幅提升了磷酸鐵鋰電池的體積能量密度,在補貼退坡情況下的性價比優(yōu)于三元電池,從而帶動了材料端磷酸鐵鋰材料產(chǎn)量回升。國內(nèi)磷酸鐵鋰動力電池市場化發(fā)展優(yōu)于海外,正極材料自產(chǎn)自銷(主要供應(yīng)國內(nèi)電池廠商),相關(guān)企業(yè)具有較高的生產(chǎn)集中度。

  在新材料研發(fā)和生產(chǎn)方面,部分國內(nèi)企業(yè)的超高鎳材料生產(chǎn)技術(shù)進入國際前列,如Ni90系三元材料實現(xiàn)國內(nèi)外批量供貨,Ni95系產(chǎn)品完成國際客戶驗證,Ni98系產(chǎn)品進入研發(fā)階段。在鎳鈷錳鋁(NCMA)四元正極材料方面,國內(nèi)少量企業(yè)已進行技術(shù)布局,但整體上與國際先進水平存在差距。部分企業(yè)完成了富鋰錳基材料的工藝定性和試生產(chǎn),保障了下游新電池產(chǎn)品的研制需求。

  我國企業(yè)因技術(shù)研發(fā)起步較晚,在關(guān)鍵材料的基礎(chǔ)核心專利方面積累不足。例如,NCM材料的基礎(chǔ)核心專利為美國3M公司擁有,NCA材料專利多由日本、韓國企業(yè)掌握。近年來,國內(nèi)科研院所、企業(yè)針對原始專利進行了一定的改性創(chuàng)新,但因國際市場環(huán)境影響仍然受到較大制約。

  2. 電解液

  電解液由鋰鹽電解質(zhì)、溶劑、添加劑組成。2020年,我國動力電池電解液出貨量約為8.8×104 t,約占世界產(chǎn)量的50%;出口量超過3×104 t,主要供應(yīng)給日本、韓國企業(yè)。廣州天賜高新材料股份有限公司、深圳新宙邦科技股份有限公司等排名前5名的企業(yè),合計產(chǎn)量占國內(nèi)市場的78%。國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的六氟磷酸鋰電解質(zhì)可滿足電解液生產(chǎn)需求,碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯等大規(guī)模應(yīng)用的電解液功能添加劑也已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化。國際主流電解液企業(yè)擁有獨特的添加劑配方,我國企業(yè)在部分功能添加劑設(shè)計方面還存在進口依賴現(xiàn)象。

  3. 動力電池

  我國動力電池生產(chǎn)規(guī)模位居世界第一,2020年動力電池裝機量為63.3 GW·h,約占世界裝機量的40%。寧德時代新能源科技股份有限公司、比亞迪股份有限公司是我國動力電池的領(lǐng)先企業(yè),國內(nèi)的裝機量合計占比達到70%。目前,汽車動力電池的主流類型有NCM三元電池、NCA三元電池、磷酸鐵鋰;我國企業(yè)在NCA三元電池方面技術(shù)積累較弱,發(fā)展路線以NCM三元電池、磷酸鐵鋰電池為主。在電池包裝集成方面,國內(nèi)企業(yè)突破了NCM電池、磷酸鐵鋰無模組技術(shù),在提高電池包能量密度的同時降低了生產(chǎn)成本。電池生產(chǎn)的高度自動化可提升產(chǎn)品一致性,國際一流企業(yè)的自動化率近80%;我國優(yōu)勢企業(yè)的自動化率接近50%,而不少企業(yè)僅為20%。

  在電池技術(shù)發(fā)展趨勢方面,高能量密度仍是核心因素。從電池所用正極材料的角度看,日本、韓國的電池企業(yè)分別在NCM體系、NCA體系、NCMA體系下研發(fā)出超高鎳(鎳含量≥90%)電池,部分企業(yè)宣布即將量產(chǎn)。在我國,蜂巢能源科技股份有限公司突破了NCMA電池技術(shù),但量產(chǎn)工作仍在準備;磷酸錳鐵鋰電池在保留鐵鋰材料穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上可提升能量密度10%~20%,一些企業(yè)形成了技術(shù)儲備和產(chǎn)能布局;富鋰錳基電池因其容量高、成本低、安全性好的理論優(yōu)勢而成為潛在發(fā)展方向,浙江遨優(yōu)動力系統(tǒng)有限公司已實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)。

  在電解質(zhì)形態(tài)方面,液態(tài)電池的能量密度(350 W·h/kg)已達理論極限,發(fā)展方向轉(zhuǎn)為固液混合電池、全固態(tài)電池。國外企業(yè)的固態(tài)電池研究積累較多,研發(fā)投入力度大,而國內(nèi)企業(yè)的固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)原始創(chuàng)新及經(jīng)驗積累薄弱。

  (四)循環(huán)利用端

  我國動力電池的循環(huán)利用尚處發(fā)展初期。2020年進入了首次動力電池規(guī)?;艘垭A段,累計退役量約為2×105 t;但實際回收量僅為41%,回收再利用鋰資源約為2×104 t,循環(huán)利用效果不佳。目前,國內(nèi)動力電池回收體系分為梯次利用、拆解回收再生利用兩個循環(huán)過程。當動力電池余能不足80%后,按照“低功率電動車、電網(wǎng)儲能、家庭儲能、報廢”的先后順序進行梯次利用;根據(jù)不同電池的工作特性,磷酸鐵鋰電池因可循環(huán)次數(shù)較多而更適用于梯次利用。

  政府從規(guī)定回收主體、動力電池拆解作業(yè)要求、貯存與安全環(huán)保要求,提高回收企業(yè)門檻、動力電池中的鎳鈷錳鋰回收率等多方面著手,發(fā)布了拆解回收再生利用方面的管理辦法;構(gòu)建了新能源汽車國家監(jiān)測與動力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺,對汽車用動力電池開展全生命周期追溯,實現(xiàn)動力電池的來源可查、去向可追、節(jié)點可控。整體來看,現(xiàn)有政策缺乏強制性,動力電池報廢后進入正規(guī)渠道的回收率仍然很低,產(chǎn)業(yè)秩序有待規(guī)范。

  在動力電池回收技術(shù)方面,廣東邦普循環(huán)科技有限公司、格林美股份有限公司達到世界先進水平,報廢電池(包裝完好)中的鋰、鎳、鈷、錳等金屬元素回收率高于現(xiàn)行政策或標準規(guī)定。

  四、 我國鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展面臨的問題

  (一)面臨自然環(huán)境、生態(tài)保護約束,鋰礦擴產(chǎn)受到限制

  在短期內(nèi),四川省、西藏自治區(qū)等地的鋰資源難以大規(guī)模開發(fā)利用。西藏扎布耶鹽湖平均海拔4422 m,而智利阿塔卡瑪鹽湖,青海察爾汗、東西臺吉乃爾等大部分鹽湖的海拔均超過2000 m;海拔高導致溫度低、鹵水蒸發(fā)較慢,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)困難,較差的地理位置條件制約了潛在生產(chǎn)規(guī)模。因環(huán)境保護政策等影響,四川省鋰資源擴產(chǎn)受到直接限制,雖然多家企業(yè)擁有采礦權(quán),但進入正常開采階段的企業(yè)數(shù)量很少。

  (二)鋰資源競爭態(tài)勢趨于激烈,海外進口風險有所增加

  全球碳排放約束日趨嚴格,各國重視本國鋰及其下游供應(yīng)保障。在美國,提出《能源資源治理倡議》以強化與資源豐富國家的礦業(yè)開發(fā)合作,實施《美國供應(yīng)鏈行政令》以針對大容量電池等產(chǎn)品開展供應(yīng)鏈調(diào)查,成立能源部礦產(chǎn)資源可持續(xù)發(fā)展司以保障鋰礦供應(yīng)鏈安全,發(fā)布《2021—2030年美國鋰電池國家藍圖》來促進鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈投資。歐盟以多元化方式擴大海外鋰礦供應(yīng)來源、降低供應(yīng)鏈安全風險,建立本土電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢并加強二次利用。可以看出,鋰礦的供不應(yīng)求態(tài)勢將進一步加劇各國對鋰資源的爭奪;隨著國際形勢緊張化,我國鋰資源進口高度依賴單一國家,潛在的供應(yīng)風險有所顯現(xiàn)。

  (三)正極材料、電解液等核心專利因布局較晚而成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展短板

  正極材料是鋰動力電池生產(chǎn)的關(guān)鍵,而三元正極材料相關(guān)核心專利由美國3M公司等掌握,國內(nèi)外主流企業(yè)都需要購買專利授權(quán);磷酸鐵鋰正極材料核心專利已被加拿大魁北克水電公司申請;電解液、隔膜基礎(chǔ)的專利也被日本、韓國企業(yè)注冊。

  我國企業(yè)開展關(guān)鍵材料的專利布局較晚,專利內(nèi)容集中在功能、應(yīng)用層面(如在配方比例上作調(diào)整和改良),在原始創(chuàng)新專利方面落后較多。國外企業(yè)依托其原始專利,逐步在鋰電關(guān)鍵材料方面構(gòu)筑起專利“屏障”,不可避免地導致我國企業(yè)在參與國際市場競爭時處于劣勢地位;國外企業(yè)構(gòu)建的專利布局不僅主導了利潤率最高的技術(shù)環(huán)節(jié),相應(yīng)技術(shù)體系也愈發(fā)難以規(guī)避。

  (四)關(guān)鍵材料及電池技術(shù)與國際先進水平存在差距,新興方向積累不足

  雖然我國電池生產(chǎn)材料的產(chǎn)能規(guī)模居于世界前列,但高端產(chǎn)品與國外企業(yè)仍有差距。在高鎳三元正極材料方面,日本、韓國企業(yè)研發(fā)起步早,技術(shù)成熟度高,國內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)品性能、生產(chǎn)工藝相比之下存在差距;部分高性能正極材料前驅(qū)體、電池電解液功能添加劑等,仍部分依賴進口。國內(nèi)電池企業(yè)在單體電池的能量密度、制造精度、溫度適應(yīng)范圍等方面較國際市場先進水平存在一定差距。此外,受基礎(chǔ)研發(fā)不足因素制約,我國關(guān)鍵材料與電池技術(shù)體系的發(fā)展后勁不足,突出表現(xiàn)在新一代全固態(tài)電池方向的研發(fā)布局明顯滯后于日本豐田汽車公司等優(yōu)勢企業(yè),可能導致新興方向的技術(shù)與產(chǎn)品差距繼續(xù)拉大。

  (五)廢舊動力電池資源二次回收體系不完備,產(chǎn)業(yè)秩序有待規(guī)范

  我國新能源汽車行業(yè)發(fā)展迅速,未來動力電池退役量將快速增長。中國汽車技術(shù)研究中心有限公司研究數(shù)據(jù)表明,2025年我國動力電池累計退役總量將比2020年增長近4倍。充分利用二次資源是緩解資源供應(yīng)緊張的重要手段,但目前鋰動力電池回收規(guī)模較小,回收產(chǎn)業(yè)鏈體系尚未建立;回收產(chǎn)業(yè)集中度低,仍處產(chǎn)業(yè)秩序混亂階段。發(fā)布的動力電池回收管理辦法覆蓋度不足,因小企業(yè)分布分散而加大了監(jiān)管難度。二次利用生產(chǎn)過程中分解出的氫氟酸和其他含氟化合物,相應(yīng)的運輸、處置可能對環(huán)境產(chǎn)生腐蝕性和毒性,潛在的生態(tài)環(huán)保問題不容忽視。退役電池檢測沿用車用動力電池標準、檢測時間與資金成本高、電池殘值評估技術(shù)及人才儲備不足等,也是回收產(chǎn)業(yè)優(yōu)質(zhì)發(fā)展的阻礙。

  五、我國鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展目標和發(fā)展路徑

  (一)鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展目標

  圍繞國家發(fā)展戰(zhàn)略需求,提升產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力和產(chǎn)業(yè)鏈水平。強化國內(nèi)資源保障能力并提高資源綜合利用水平,加強海外不同區(qū)域的資源開發(fā)合作,在合理利用國內(nèi)國際兩種資源的基礎(chǔ)上進行“雙循環(huán)”。加大科技研發(fā)投入,開展前沿科技研究,推動全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新,提高資源循環(huán)利用水平,保障我國鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)競爭力全球領(lǐng)先。

  1. 2025年目標

  在資源端保持勘查投入,平穩(wěn)提升國內(nèi)供應(yīng)能力,促進資源綜合利用水平提高。鼓勵企業(yè)與各國開展資源勘查與開發(fā)合作,多元化海外進口來源、鋰資源開發(fā)種類,合理降低鋰資源進口的集中度。在冶煉加工端,逐步降低生產(chǎn)能耗、提升智能化工廠比例。在材料和產(chǎn)品端,優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),增強國際市場競爭力,將高端產(chǎn)品占比由當前的約25%提升至40%以上。合理增加科技研發(fā)投入,梳理并解決“卡脖子”技術(shù),縮小新一代電池方向的國內(nèi)外技術(shù)差距。改善循環(huán)利用管理水平,構(gòu)建動力電池回收系統(tǒng)全國統(tǒng)一平臺,使得報廢動力電池回收率在95%以上,有色金屬回收率全面達到國家標準。

  2. 2035年目標

  資源端綜合利用水平大幅提升,鋰資源來源分散多樣,供應(yīng)緊張局面顯著緩解,采選技術(shù)水平穩(wěn)步增強。冶煉加工產(chǎn)業(yè)規(guī)模適度,實現(xiàn)較高程度的自動化、智能化、綠色化生產(chǎn)。在材料和產(chǎn)品端,國際市場競爭力保持領(lǐng)先,高端產(chǎn)品占比不低于70%;全產(chǎn)業(yè)鏈科技協(xié)同創(chuàng)新的效應(yīng)凸顯,基礎(chǔ)研發(fā)能力與原創(chuàng)理論水平顯著提升,關(guān)鍵技術(shù)體系達到世界先進水平。資源循環(huán)利用體系成熟完善,報廢動力電池實現(xiàn)全面有序的回收利用,有價金屬回收率進一步提升,支撐鋰資源“國內(nèi)大循環(huán)”。

  (二)鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展路徑

  1. 多維度出發(fā),構(gòu)建安全穩(wěn)定的資源供應(yīng)體系

  加大國內(nèi)找礦力度,提高鋰礦勘查區(qū)塊投放數(shù)量;著眼合理、有序、環(huán)保,推進國內(nèi)鋰資源開發(fā)利用,提高國內(nèi)鋰資源供應(yīng)能力,保障國內(nèi)資源供給。

  從多元化進口來源、多元化鋰資源供給種類兩方面,提高鋰資源供應(yīng)的穩(wěn)定度。關(guān)注國際鋰資源勘查和生產(chǎn)的新動向,主動謀劃從多個來源地進口鋰資源以分散進口來源地。推進富鋰黏土等資源類型作為新供應(yīng)來源的規(guī)?;a(chǎn),豐富鋰資源的供應(yīng)種類。

  加強鋰資源儲備工作,包括產(chǎn)品儲備、礦產(chǎn)地儲備:對于前者,適當儲備初級、高純級鋰鹽,重點儲備國內(nèi)生產(chǎn)能力不強的關(guān)鍵材料類型;對于后者,將開發(fā)條件較差、短期內(nèi)難以開采利用的礦山納入礦產(chǎn)地儲備名錄。

  加快動力電池回收管理體系構(gòu)建,提升二次鋰資源供應(yīng)能力。合理提高二次回收市場的集中度,提高回收企業(yè)的基礎(chǔ)門檻;將相關(guān)回收政策提升至法律層面,依法實施并加強監(jiān)管,確?;厥掌髽I(yè)規(guī)范建立動力電池生命周期追溯系統(tǒng);健全退役動力電池檢測標準體系,保障廢舊鋰電池回收利用的規(guī)范有序,實質(zhì)性提升資源利用效率。

  2. 攻關(guān)關(guān)鍵材料和電池新技術(shù),強化鋰電技術(shù)體系和人才儲備

  在現(xiàn)有鋰電池技術(shù)體系的基礎(chǔ)上,發(fā)展超高鎳低鈷 / 無鈷多元正極材料、新型鐵鋰正極材料及相應(yīng)的單體電池,具備大規(guī)模量產(chǎn)條件。著眼應(yīng)用潛力,積極研發(fā)基于富鋰錳基正極材料、高壓鎳錳尖晶石正極材料的關(guān)鍵材料及其電池;建立要素完整的鋰電技術(shù)體系,營造生態(tài)良好的科研環(huán)境。

  進一步加強半固態(tài)電池電解質(zhì)技術(shù)研發(fā),以此為技術(shù)過渡并增強基礎(chǔ)研究理論,為全固態(tài)電池理論研究與技術(shù)創(chuàng)新提供堅實條件。著眼全固態(tài)電池材料體系,積極開展國際專利布局,形成高能量密度、高安全性的新一代電池技術(shù)體系的自有知識產(chǎn)權(quán)與自主產(chǎn)品應(yīng)用。

  3. 圍繞關(guān)鍵材料與產(chǎn)品實施創(chuàng)新,帶動產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)展

  在資源端,持續(xù)推進自動化采礦裝備、高速通信網(wǎng)絡(luò)、智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)平臺等的配置與應(yīng)用,對礦山生產(chǎn)對象和過程進行動態(tài)化、智能化監(jiān)控;進一步提升充填采礦法的應(yīng)用比例,保持綠色、無廢化發(fā)展。針對礦石類資源,開展分選前的預(yù)富集工藝與新型高效預(yù)選設(shè)備的研發(fā)及應(yīng)用,保障選礦回收率提升目標;加大礦石浮選藥劑研發(fā)力度,重點開發(fā)高效環(huán)保、耐低溫、選擇性強的新型捕收劑。針對鹽湖類資源,進一步優(yōu)化各類提取工藝所需關(guān)鍵藥劑(如沉淀劑、萃取劑等),發(fā)展適合國情的低成本、高效率、綠色環(huán)保的鹽湖提鋰技術(shù)工藝。

  在冶煉加工端,全面實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的全流程自動化控制;提升化學計量精準度,降低能源與輔材消耗強度,提高產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性及一致性;積極實施政策引導,規(guī)范鋰鹽加工企業(yè)準入條件,出臺加工廠綠色生產(chǎn)標準,優(yōu)化行業(yè)產(chǎn)能結(jié)構(gòu)。

  在循環(huán)利用端,提高機械化作業(yè)程度,強化不同廢舊動力電池的分類管理,提高有價金屬的回收率;著力提升電解液等回收難度大、經(jīng)濟價值低的關(guān)鍵材料綜合回收利用水平,發(fā)展短流程、閉路循環(huán)的回收工藝,實施回收過程中的廢液無害化管理并降低污染物排放強度。

  六、對策建議

  (一)注重頂層設(shè)計的完備性,形成全產(chǎn)業(yè)鏈一體化管理模式

  建議相關(guān)部委牽頭,組建國家鋰電產(chǎn)業(yè)鏈管理協(xié)調(diào)小組,鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的重點企業(yè)密切配合。該小組負責掌握我國產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)發(fā)展態(tài)勢,參與相關(guān)政策的制定、實施及評估,明確已建成重點平臺的實施情況、各環(huán)節(jié)發(fā)展制約因素等;密切關(guān)注國際產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的技術(shù)發(fā)展動態(tài)、發(fā)布的政策措施、推出的重大平臺等,適時開展研討,剖析國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈短板及管理缺陷;有效整合資源并集中力量實施產(chǎn)業(yè)鏈薄弱環(huán)節(jié)突破,及時“補鏈”“強鏈”,形成全產(chǎn)業(yè)鏈一體化的高效管理模式。

  (二)合理加大資金支持力度,促進基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究水平互促提升

  建議成立國家鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展基金,針對產(chǎn)業(yè)鏈薄弱環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)研究需求,持續(xù)性地給予投入支持;針對扶持項目,科學制定符合基礎(chǔ)研究特點的評價與考核機制,實行半彈性化、長周期的評估制度,適當降低評估頻率并精準實施分類評價,兼顧資金使用效率與激發(fā)創(chuàng)新活力。同步支持針對重點先進材料和鋰電技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新研究資源需求,鼓勵行業(yè)龍頭企業(yè)牽頭項目申報,逐步積累研發(fā)與生產(chǎn)經(jīng)驗,實現(xiàn)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究的協(xié)調(diào)、連貫、互促。

  (三)鼓勵上、下游環(huán)節(jié)的企業(yè)開展合作,增強產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效應(yīng)

  建議國家鋰電產(chǎn)業(yè)鏈管理協(xié)調(diào)小組牽頭,搭建鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)交流平臺,鼓勵國內(nèi)鋰電產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)加入;配套鼓勵政策,定期開展線下交流,促進鋰電產(chǎn)業(yè)鏈上、下游企業(yè)之間的技術(shù)交流與產(chǎn)業(yè)合作。注重上、下游企業(yè)的技術(shù)銜接與配套,促進上、下游企業(yè)開展生產(chǎn)技術(shù)合作,形成密切合作、協(xié)同創(chuàng)新、共生發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。

  (四)強化“產(chǎn)學研”合作,培育產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)合型科技人才

  依托高校教育資源優(yōu)勢,強化鋰及其下游動力電池產(chǎn)業(yè)鏈的學科體系建設(shè),對照產(chǎn)業(yè)需求開展專業(yè)交叉融合,精準培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)合型的技術(shù)與管理人才。依托國內(nèi)不同區(qū)域的鋰資源稟賦,圍繞地質(zhì)與環(huán)境、開發(fā)工程技術(shù)、資源綜合利用等方向,重組和優(yōu)化國家重點實驗室,保障產(chǎn)業(yè)鏈上游基礎(chǔ)研究需求,匹配應(yīng)用研究發(fā)展創(chuàng)新需要。鼓勵科研院所、高校積極實施技術(shù)成果轉(zhuǎn)化,支持企業(yè)研發(fā)中心與相關(guān)機構(gòu)開展深度合作,促進以市場需求為導向的“產(chǎn)學研”合作及成果產(chǎn)出。


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