锂离子电池并非近年来才出现的产品,日本化学家吉野彰博士在1980年代发明第一个可充电的离子电池并申请专利。离子电池在1990年代开始普及,主要用在手机、相机和笔记本电脑等。
电动车“海啸”来势汹汹,根据国际能源署(IEA)统计,全球目前有4000万辆电动车已投入使用。随着越来越多汽车制造商推出电动车,库存量预计会在2030年达到3亿5000万辆。
国际大宗商品行业信息提供商Fastmarkets报告指出,金属价格在去年创下新高,吸引许多公司加入电池再循环业,让这个产业面对更多竞争。其中,提供搅碎服务的公司尤其多,因为投资成本较低,也较容易获得相关准证,这也导致欧美的搅碎电池容量过高。
公司目前处理的汽车电池主要来自混合电动车,而这类电池只占锂离子电池处理总量的一小部分,更大部分是来自移动设备和电脑,因此尽管拆卸电动车电池相当麻烦,但目前对公司成本影响不大。
电池原料价格下跌 降低业者利润
其中,锂离子电池使用率最高,因为电池容量较大、循环寿命长、可快速充放电、自放电低(就算长时间不用,电量损失也很小),而且安全性能佳。
此外,再循环厂也担心人力成本问题, 因为从电动车底盘拆除电池,需要人力和时间。
锂离子电池稳定性高 成电动车制造商首选
业者面对的挑战:人力成本与精炼厂产能
网站写到,市场担心碳酸锂供应过剩,导致价格持续下跌。可是,这并未阻碍矿产公司继续挖掘和开采新的碳酸锂矿。
新加坡科技设计大学工程产品开发高级讲师张智辉接受《联合早报》访问时说,在电动车、电力储备、再生能源、移动设备需求增加,以及可持续发展相关政策推动下,电池再循环业成了非常重要的领域。
SK tes亚太区电池解决方案部主任许洺珲指出,不同电动车品牌有不同的电池安装方法,需要人工取出把电池固定在底盘的螺丝,而最麻烦的是,一些制造商用粘合剂为电池加固,加大了拆除难度。
过去数年,全球电动车需求持续上升,在美国和中国等生产国,电动车买家急速增加。然而,随着更多电动车因老旧或损坏而报废,它们的电池去向成了市场焦点,也开创新的电池再循环供应链。本期《悉看大势》将深入讲解电池再循环业的现状和未来发展。
另一种是电池损坏或充电容量低于80%的报废电池,必须送交再循环厂。
锂离子电池采用的原料包括被美国政府列为关键原料和矿物的锂、镍、钴(Cobalt)、锰(Manganese)和石墨(Graphite)。
损坏报废电池须送再循环厂 从“黑粉”提炼金属原材料
此外,锂离子电池的部分原料较稀有,面临开采过度的威胁,因此有必要回收和再利用,以减少新原料的开采。
新加坡国立大学商学院策略与政策系副教授尼丁(Nitin Pangarkar)副教授也有类似看法。
根据国际能源署发表的《2024年全球电动车展望》报告,配合电动车需求增长,电池产量过去数年猛增。去年生产的电动车电池总容量达2.5太瓦时(Terawatt-hour),比2022年高出25%。
“如果有的新电池科技大受欢迎或效率更高,再循环公司可能得根据情况进行规划,而不是只专注于眼前的锂离子电池。”
然而,原料市场价格上升,也不见得一定是好事。
电池被送入机器搅碎并进行提炼后,会产生被称为“黑粉”(black mass)的金属混合物。这些黑粉经化学处理后,就能提炼出碳酸锂(lithium carbonate)、氢氧化钴(Cobalt hydroxide)、石墨、铜和铝,回收率高达90%。
“全球电动车持续增加,我们预测再循环电池领域会逐渐成熟,因为用于制造电池的稀有金属如钴和镍供应有限。”
由于这类电池的构造与锂离子电池相似,可在相同的再循环厂处理,但钠离子电池不含昂贵矿物原料,所以回收这类电池的利润不大。
各地加紧建立各种电动车基础设施,维修、充电等相关行业也应运而生。其中,电池回收与再循环业前景倍受看好。
电池再循环程序不同 业者须了解再出击
国家环境局发言人回复《联合早报》询问时说,这五家公司每年共再循环3万公吨电池,足以应付我国接下来数年的电动车电池再循环需求。
这对再循环厂来说,当然不是好事。矿物价格低迷,但运作成本依旧,有报道称一些海外的再循环厂只能以高价出售行情较好的其他原料,如铜,以抵消部分矿物价格走低对营业额的影响。
新科大学工程产品开发高级讲师张智辉指出,钠离子电池的再循环程序仍在研发中。
他受访时说,提取出来的电池原料可能属于客户,也可能属于SK tes,要视公司与客户签署的合约而定。“这些电池原料会被送到中国和韩国的精炼厂,进一步提炼后,用于生产新电池。”
“退役电池”主要分两种。一种是由于手机、移动设备或电动车损坏而分拆出来的电池。这类电池功能完好,也可改变用途,作为储能电池,适用于户外供电或充作备用电源。
金属价格高涨,之所以会带动电池再循环业,是因为金属价格会直接影响黑粉价格。Fastmarkets的能源转型分析师哈蒂(Julia Harty)解释,金属价格与黑粉价格的关联性,间隔约一个月的时间。当金属价格走高,就可在一个月后刺激产业链中较上游再循环厂的利润。
再循环电池原料是否有利可图?受访再循环厂商指出,这要视矿物原料的市场价格而定,部分原料近期的价格持续下跌,压缩了再循环厂的利润。
反过来说,若金属价格明天下滑,黑粉价格会在一个月后下滑。这也意味,产业链中较下游的精炼厂面对相当大的市场风险。因为若高价收购黑粉,金属价格却在它们提炼出金属后下跌,那么利润就会被压缩,甚至蒙受亏损。
电动车最常见的电池种类主要有锂离子(Lithium-ion,简称Li-ion)电池、镍氢(Nickel Metal Hydride,简称NiMH)电池和磷酸铁锂(lithium-iron-phosphate,简称LFP)电池。
他受访时说,锂是有限的矿物资源,而且采矿活动有害环境。若不妥善处理废弃的锂离子电池,将可能进一步危害生态,造成财务损失。
精炼厂产能也是一个值得关注的环节。可以肯定的是,报废电池数量只会增、不会减。哈蒂认为,由于报废电池产生的黑粉产量增速,可能快过现有精炼厂扩充计划的产能,精炼厂产能可能会陷入瓶颈,拖累整个产业链。
南洋理工大学能源研究院执行总监玛哈维(Madhavi Srinivasan)受访时说,当电动车成为我国主要交通工具时,电池数量和电池再循环需求将激增。除了个人用车之外,公共巴士也逐步改用电动巴士。
我国政府支持电池再循环市场发展。
根据SK tes亚太区电池解决方案部主任许洺珲估计,公司每年可从各种锂离子电池中,提取5000公吨的黑粉。
许洺珲说,公司会根据市场需求,增加处理电池的容量。
根据财经数据与分析网站Trading Economics数据,碳酸锂价格今年8月跌至每公吨约7万4000人民币(约1万3549新元),是过去三年来的新低,比起2022年11月的高峰(约59万6000人民币)低了87.5%。
目前,新加坡有五家中小企业可再循环含有锂的电池,这些公司是SK tes旗下的TES-B、Se-cure Waste Management、KGS、SMC Industrial和GLC Recycle。
环境局:本地五业者 每年再循环3万公吨电池
“再循环电池能回收使用钴、镍、锰等原料,甚至还可能再循环锂。再循环这些原料,有助减少有害环境的采矿活动。虽然采矿活动会因为需求高而继续,但再循环原料至少能放慢电动车电池成本的猛烈增速。”
新加坡政府大力推动使用电动车,将在2030年停止售卖新的传统内燃式引擎汽车,以及实行“车辆零增长”政策。到了2040年,内燃式引擎汽车将被全面淘汰。因此,本地电池再循环需求一定会上升。
若按照各国现有的电动车政策、市场趋势和投资来看,到了2030年,电动车电池需求会比去年高3.5倍,2035年进一步上升多六倍。
根据政府推出的制造商延伸责任(Extended Producer Responsibility)计划,电动车电池的进口商、制造商和经销商必须收集和再循环它们供应到市场的报废电池。
相对来说,氢燃料电池含有铂金(platinium),再循环价值较高。他建议,若要推动这类电池的再循环率,政府可考虑推出相关条例。
答案就是再循环使用。
根据市场研究机构财富商业洞察(Fortune Business Insights)的报告,去年全球锂离子电池再循环市场总值37亿9000万美元(约50亿2000万新元 ),预计今年达45亿美元。到了2032年,预计增长至232亿1000万美元,市场复合年增长率(CAGR)达22.75%。
Se-cure Waste Management每年则能处理6000公吨的电池,公司产能目前已达到极限。公司执行董事兼首席执行官吴耀坤受访时说:“我们的处理量已满额,目前正在物色较大的一幅地段以提高处理量,为市场提供更好的服务。”
电动车讲究先进科技,各大制造商也积极研发性能更好、更安全,更环保的电池,如钠离子电池(sodium-ion battery)和氢燃料电池(hydrogen battery)。可是,电池不同原料的再循环处理方式不同,这也可能影响业者的运作。
再循环公司SK tes在新加坡的电池再循环厂每天能处理14公吨的锂离子电池,相等于28万块智能手机的电池。
要处理不同电池,再循环厂或多或少都须要调整现有运作程序,或增添仪器和设备。国大商学院策略与政策系副教授尼丁提醒业者,必须仔细考虑电池科技的未来发展。
电动车的电池包(battery pack)平均重约450公斤,长度和可宽度超过1公尺,厚度约20至30毫米,体积不小。试想想,全球4000万辆电动车数年后产生大量报废电池,该如何处理?
目前,稳定性极高的锂离子电池是电动车制造商的首选。一般上,锂离子电池寿命长达八年至10年,但若频繁充电,电池功能很可能在五六年内就衰退,电池容量若在80%或以下,就不再适合驱动电动车,必须报废。
拆除电池需要三个工人,耗时约一两个小时。
为了应付金属和黑粉市场周期,Se-cure Waste Management尝试开拓新市场,更有效管控公司成本,同时也让服务更多元化。吴耀坤说:“密切留意经济周期并调整策略非常重要,这样才能产生收入、控制成本和降低风险,为长期发展做好准备。”
由于再循环电池供应链涉及收集、拆卸、分类、化学加工等不同程序,可为多个领域的中小企业带来生意。玛哈维说,这些领域包括物流、自动化、化学品、机械人、基础设施、客制化设备、原料供应等。