北京市新能源汽車動力電池回收模式及經濟性分析

董慶銀，譚全銀，郝碩碩，李金惠，劉嘉辰

（清華大學環境學院，北京 100084）

1 研究背景

隨著大氣污染、能源短缺等問題的加劇，推廣新能源汽車成為改善環境的重要路徑。截至2019 年10 月，我國新能源汽車累計銷售量已超400 萬輛，動力類型以純電動為主（占79.1%），插電式混合動力約20.9%。我國動力電池累計配套量超過131 GWh，其中，純電動乘用車、商用車中三元電池配套占比分別約71%、17%，磷酸鐵鋰電池配套占比分別約23%、78%［1］。2018 年后新能源汽車動力電池將進入規模化退役，預計到2020 年我國累計動力電池退役量將超過20 萬t（24.6 GWh），如果按70%用于梯次利用，大約有累計6 萬t 電池需要報廢處理［2］。

北京市是我國新能源汽車推廣的重點區域。與其他城市不同，北京市的新能源購車指標不能購買混合動力汽車，只能購買純電動車型，因此北京市純電動乘用車市場規模更大。2018 年北京市純電動乘用車銷量為7.04 萬輛（占比為8%），僅次于深圳市和上海市位居全國第三。在2018 年北京市純電動乘用車市場中，私人車輛約占6 萬輛，占比約83%，其余市場主要被出租租賃占據；在私人電動乘用車銷售市場，2018 年北汽以2.5 萬輛的上牌數據位列首位（占41%），比亞迪緊隨其后，上牌量約1.9 萬輛（占32%），此外，榮威、廣汽傳祺、吉利帝豪、威馬等其他汽車廠家也進駐了北京市場。根據有關報告預測，北京市動力電池退役量2019 年為2 703 t，2020 年將達到5 058 t［3］。

2 北京市新能源汽車動力電池回收管理現狀

2018 年7 月23 日，工業和信息化部、科技部、生態環境部、交通運輸部、商務部、國家市場監管總局和國家能源局發布《關于做好新能源汽車動力蓄電池回收利用試點工作的通知》，正式確定京津冀等共18 個新能源汽車動力蓄電池回收利用試點地區和企業。2018 年12 月18 日，京津冀三地政府聯合印發的《京津冀地區新能源汽車動力蓄電池回收利用試點實施方案》提出，到2020 年，京津冀地區建成2～4 家廢舊動力蓄電池拆解示范線和梯次利用工廠，探索和布局1～2 家動力蓄電池資源化再生利用企業。2019 年6 月14 日，京津冀三地工信部門［4］發布《京津冀地區新能源汽車動力蓄電池回收利用試點示范項目公示名單》，正式確定了由24家單位申報的18 個試點項目，申報單位涵蓋了汽車生產企業、電池生產企業、再生利用企業、材料企業、第三方回收公司等各利益相關方。其中，北京市有8 家企業，申報項目類別全部為回收體系建設類或梯次利用類；其余16 家企業主要是河北和天津企業，申報項目涉及回收體系建設、梯次利用、拆解、再生利用的各個方面。

根據工業和信息化部［5］網站信息，截至2019年10 月15 日，工信部共公布9 737 個新能源汽車動力蓄電池回收服務網點（以下簡稱“回收服務網點”），其中北京市共有263 個，占全國總數的2.7%。北京市回收服務網點數量最多的是朝陽區（95 個），海淀區、豐臺區、大興區、順義區各有34 個、25 個、24 個、21 個，通州區、昌平區各有18 個、15 個，其余各區的回收服務網點數量均在10 個以下（見表1）。北京市263 個回收服務網點由58 家汽車生產/梯次利用企業負責，其中擁有回收服務網點最多的企業是上海大眾汽車有限公司（21 個），其次是天津一汽豐田汽車有限公司（18 個）、寶馬（中國）汽車貿易有限公司（17 個）和華晨寶馬汽車有限公司（17 個）、浙江豪情汽車制造有限公司（16 個），之后是廣汽豐田汽車有限公司（13 個）、金龍聯合汽車工業（蘇州）有限公司（11 個）和重慶長安汽車股份有限公司（10 個），其余各企業回收服務網點數量均在10 個以下。此外，統計發現，263 個回收服務網點地址中去除68 個重復項，實際地址數僅剩195 個，其中有33 個地址為2 家汽車生產/梯次利用企業共用，15 個地址為3 家汽車生產/梯次利用企業共用，1 個地址為5 家汽車生產/梯次利用企業共用。

表1 北京市新能源汽車動力電池回收服務網點分布 單位：個

3 新能源汽車動力電池回收成熟案例研究

3.1 生產者主導的產業聯盟回收模式——以寶馬為例

2018 年10 月，寶馬汽車公司（Bayerische Motoren Werke AG）（以下簡稱“寶馬公司”）、比利時材料回收公司Umicore 與瑞典電池公司Northvolt共同成立技術聯盟，探索以產業聯盟為主導的歐洲電動汽車動力電池回收利用新模式［6］。在產業聯盟中，寶馬公司將借助Umicore 構建的回收系統與其提供的系統性解決方案來開展動力電池回收，Umicore 與其第三方合作伙伴建立跨歐洲的動力電池回收網絡，負責電池的運輸、貯存、拆包與資源化工作。

產業聯盟模式是現階段較為普遍、成熟的新能源汽車動力電池回收模式，可省去汽車生產企業進駐新行業的陣痛，電池生產企業、汽車生產企業、綜合利用企業各司其職，分別負責產業鏈條上與自身業務相關的環節，專業化分工保證了整個回收鏈條的完整性。產業聯盟對于系統建設投入很低并可快速啟動，由于負責各個環節的企業先前已經在相關領域有所布局，因此在回收環節額外投入的財力物力相對較少，為快速建立回收網絡并進行運轉提供了可能。

產業聯盟模式也存在一些問題。一是，動力電池是新能源汽車的核心零件，屬于各個廠商的核心機密，即使在末端拆包回收環節各個企業也是嚴加管控，為保護核心技術，各企業可能會形成彼此隔離的獨立聯盟，可能對統一化、標準化管理提出挑戰。二是，從經濟性上講，退役動力電池仍有較高殘余經濟價值，在回收端有利可圖，盡管在前期汽車生產企業可能以聯盟的形式快速布局、搶占市場，隨著產業發展與成熟，更多汽車生產企業可能會以子公司或合資公司的形式進駐回收產業，在獲得更多收入的同時減少外部依賴性。

3.2 生產者主導的自主回收模式——以豐田混合動力電池為例

豐田汽車公司（トヨタ自動車株式會社）（以下簡稱“豐田公司”）的鎳氫電池回收模式值得借鑒。豐田公司從銷量大、實施易的地區入手，先進行新能源汽車動力電池批量回收與貯存，當貯存足夠多時再進行末端處理。豐田公司首先發布混合動力車輛的應急處理策略，通過網絡和4S 店以補貼更新電池方式回收舊電池［7］。為激勵消費者將新能源汽車動力電池交換給經銷商，豐田設立了相應的資金獎勵措施，如在澳大利亞，當消費者將電池返還給經銷商時，其可獲得100 美元的現金返還，或是500美元的新電池購買抵扣［8］。當豐田公司回收的新能源汽車動力電池貯存達到一定數量后，由其電池回收中心來進行統一收集并進行電池評估，將電池劃分為3 種類別：如果電池整體情況良好，則對達到壽命的單體進行替換后重組為置換電池包；如果電池還剩余規定容量，則用于分布式儲能電池系統進行梯次利用；對完全喪失再利用價值的電池，則對電池進行拆解與資源回收。在資源回收端，豐田化工與住友金屬合作，回收鎳與稀土元素，用于制造新電池。在費用方面，前段返還電池主要依靠經濟手段激勵，一旦電池被運送到經銷商，后續的貯存、運輸、處理、回收費用都由豐田公司承擔［9］。

自主回收模式在日企中最為常見，是日本生產者責任延伸制相關法律與政策的產物。該模式要求企業在電池制造、銷售、回收的上中下游都有布局，回收端的信息可以反饋到制造端，通過自反饋機制迅速發現問題并進行產品升級，對企業推出更具創新性與競爭力的產品有直接幫助。另外，同一母公司下的回收鏈條可以保持回收流程各環節的高度一致性與統一性，便于系統化管理，同時減少外部依賴性。在成本方面，在度過初期相對困難的時段后，完全自主回收模式可為企業帶來更豐厚的利潤。

自主回收模式最大的問題在于初期布局實施艱難。全產業的布局需要上中下游的核心技術，并且需要大量的資金投入，對企業自身是極大的挑戰，而汽車產業布局的相關企業在專業性上同傳統企業有較大劣勢，并且其處理能力與自身產量可能存在出入，難以在短期內實現規模效應；此外，建立成熟的全產業鏈格局需要相當長的時間，對于需要快速占領市場的新興領域非常不利。

3.3 第三方回收模式——以GRS 便攜式電池和Call 2 Recycle 為例

美國的新能源汽車動力電池回收主要以市場的方式運作，如規模最大的Call 2 Recycle 回收組織在美國和加拿大擁有超過3 萬個收集點，收集點不僅包括公共機構、零售商等，還包含Lowe's、The Home Depot 等大型家居建材連鎖銷售商［10］。Call 2 Recycle 通過服務性機構、商業合作機構和零售商3種途徑開展廢舊電池回收。對個人用戶與消費者，Call 2 Recycle 完全免費，消費者只需將電池交還到最近的回收網點即可；零售商與服務機構通過與Call 2 Recycle 簽訂協議，獲得許可證加入回收計劃，Call 2 Recycle 負責電池的回收與運輸成本并且提供電池收納盒，而零售商與服務機構負責接收廢舊電池；對于商業公司，Call 2 Recycle 推出了工業統籌計劃以滿足企業在法律、責任、信息披露、匯報等方面對電池回收的要求，商業公司是Call 2 Recycle主要資金來源，通過資助Call 2 Recycle 加入動力電池回收項目獲得解決方案，并且可以額外繳納證書認證費用從而在電池產品上獲得Call 2 Recycle 認證貼紙，如3M、比亞迪、戴爾、尼康等世界知名公司都是工業統籌計劃的成員。

第三方機構為顧客提供從收集、貯存、運輸到終端處理、法律文件的系統性解決方案，從而幫助企業實現生產者責任延伸，通過企業加入會員或贊助等方式維持第三方機構的運轉。這種模式最大的優勢體現在布點速度快、數量多、類型廣，不僅包含傳統4S 店，還包括大小經銷商與商店，從而使新能源汽車動力電池收集難度大大降低，提升回收參與率與收集效果；此外，第三方主體獨立于監管機構和企業存在，具有更強的獨立性與透明度。多樣化的系統性解決方案為企業省去了在上中下游分別布局的時間精力，以項目為基礎的模式可以針對性地解決企業的需求。

但是第三方主導模式也存在相應問題，其中最核心的問題是權威機構需要對第三方機構的資質與最終效果進行認證。第三方回收模式的前提條件是需要確保認證的權威性與有效性，從而讓真正有能力的第三方開展回收工作。該模式在前端的執行主體是沒有專業技能的消費者，這需要第三方提供簡單有效的封裝貯存設備，并指導消費者進行無害化收集；運輸環節由于主體的多樣性，很難像企業一樣開展日常化集中運輸，而需要采取定時運輸或按需運輸，對運輸網絡要求更高；在末端處理時由于電池來源異質性強，處理難度更大。此外，該模式中有大量資金運轉，要求第三方建立成熟的資金管理機制。

4 北京市新能源汽車動力電池回收模式構建

4.1 短期回收模式構建

在短期內，北京市將以新能源汽車生產企業為回收主體進行動力電池回收，具體流程見圖1 所示。短期回收模式下消費者依靠自覺或汽車生產企業提供的一定經濟激勵將電池交還給汽車4S 店或售后服務商，4S 店或售后服務商提供場地暫時存放收集的廢動力電池，并將電池信息錄入到溯源管理系統中，然后，電池被從4S 店或售后服務商庫房運輸到綜合利用企業進行檢測與處理，從而實現動力電池的回收。

圖1 北京市新能源汽車動力電池短期回收模式流程

短期回收模式中，主要的利益相關方是汽車4S店、售后服務商與汽車生產企業，核心問題聚焦在收集與貯存運輸上。由于北京市政府不推出相關經濟激勵措施，因此在動力電池收集環節需要設計一些激勵機制刺激消費者參與回收。政府一方面可以鼓勵新能源汽車生產企業對提供回收電池的消費者給予適當補助，如對電池換購與新車購買進行減免，另一方面可以考慮設定量化評價標準與年際考察制度，對汽車生產企業直接提出動力電池回收的具體要求；此外，將來可以考慮將信用機制與電池回收逐步聯系，通過個人信用與企業經濟激勵共同約束消費者的行為。在試點階段，回收的動力電池貯存運輸責任全部由汽車生產企業承擔，存放在汽車4S店或售后服務商庫房的電池總量較大，但分散到每個網點的電池數量又相對較少，這就給電池黑市創造了機會。為解決這個問題，一方面需要強化溯源系統的約束力與強制力，并強化對有資質回收網點的監管，另一方面通過體系建設等途徑改變汽車4S店和售后服務商分散式集中的現狀，逐步轉向多網點收集樞紐集中的貯存運輸模式。

短期回收模式的資金流轉主體是汽車生產企業，其通過汽車4S 店和售后服務商布局回收網絡或與第三方倉庫簽訂協議貯存廢舊電池，并與產業聯盟再生利用企業簽訂合作協議進行廢舊電池的運輸和處置利用。汽車生產企業還可以向消費者提供一定補償以促進提高消費者的參與積極性。

4.2 中長期回收模式構建

4.2.1 產業聯盟回收模式

在新能源汽車動力電池回收市場成熟后，北京市最有可能形成產業聯盟的回收模式，具體流程如圖2 所示。從當前動力電池回收市場戰略布局來看，汽車生產企業單獨回收的情況很少出現，主要通過與第三方回收企業或電池生產企業合作開展回收，如北汽、比亞迪、上汽等公司已經和格林美、中國鐵塔等綜合利用企業開展了合作，天際、奇瑞等汽車生產企業也同華友鈷業、光華科技等鋰電材料企業建立了合作伙伴關系［11］。對動力電池回收企業而言，與汽車生產企業的合作關系保證了穩定的退役動力電池來源，在拓寬業務范圍的同時獲得回收利潤，有利于進一步擴大市場；對于汽車生產企業而言，成熟的產業聯盟可以避免新進駐的陣痛，有利于將更多資源投入到核心業務之上。

成熟的產業聯盟回收模式與初期的產業聯盟模式的區別主要由以下三點：首先，在回收環節，回收服務網點的類型將會極大地拓展。未來市區內動力電池的充電站以及其他零售商可能也會加入到回收網絡中，以彌補市區內認證的汽車4S 店和售后服務商數目少的缺點；此外，互聯網回收也可能會應用到動力電池回收中，以應對分散化和突發性的回收需求。第二，伴隨著回收服務網點格局改變，汽車4S 店與售后服務商也不會成為主要貯存電池的地點。由于動力電池貯存的要求較高，造成汽車生產企業貯存電池成本與難度大，因此綜合利用企業的集中式倉庫可能會成為大規模退役動力電池的貯存地點，以專業化、規模化的方式集中解決動力電池貯存問題。第三，可以建立配套的許可證制度。動力電池回收業務相關許可證由政府發放，許可證管理中心進行統一管理，與溯源系統進行關聯。許可證一式五聯，分別由消費者、回收網點、中轉站、綜合利用企業及許可證管理中心保存，其核心內容為電池信息及處理費用。一方面，各利益相關方保留許可證憑據有助于追責與溯源，另一方面許可證可以作監管和評價的工具對汽車生產企業的電池回收工作進行評估。如果后期讓消費者承擔一部分處理成本或有其他來源的資金注入，也可以許可證作為媒介轉嫁到相關利益方。

圖2 北京市新能源汽車動力電池產業聯盟回收模式流程

4.2.2 第三方回收模式

成熟的新能源汽車動力電池回收市場也為第三方回收模式提供了基礎。隨著市場規模逐步擴大，動力電池的一致性逐漸提升，集中式回收與處理的規模效應逐步體現，使獨立第三方提供大規模系統解決方案成為可能。市場成熟后，更大規模報廢量與更嚴格處理標準形成的“夾板”對更高收集率、更多收集渠道的收集路徑提出要求。成熟市場中的商品同質程度較低，各個汽車生產企業的定位與需求可能會產生差異，從而產生針對性、個性化回收方案的需求，因此，這要求回收模式能夠提供更多元的回收途徑與更精細的回收方案。當前聯盟模式下汽車生產企業的合作伙伴主要集中在幾家回收企業中，而以格林美為代表的回收企業已經開始探索“互聯網+回收”等精細化回收路徑。因此從能力與需求雙方面來看，將來北京市有可能形成第三方回收模式，第三方行為主體可能是下游回收企業形成的產業聯盟，該聯盟為汽車生產企業集中提供運輸、貯存、處置等系統解決方案。

第三方回收模式的具體流程如圖3 所示。整體上，第三方回收模式與成熟的產業聯盟模式差別不大，都通過綜合利用企業實現收集、貯存、運輸、檢測、綜合利用等環節；二者最顯著的差異在于企業對接的對象，后者不同企業可能選擇對接不同的綜合利用企業，而前者企業對接對象是一體化的第三方聯盟。統一的聯盟可以共享各成員的收集網絡與運輸網絡，同時更加龐大的體量使得最終處理環節更具規模效益，聯盟依照不同企業的回收目標為其制定個性化的系統解決方案。

圖3 北京市新能源汽車動力電池第三方回收模式流程

4.2.3 自主回收模式

自主回收模式盡管有部分企業有能力開展，然而很難真正實現。京津冀地區最有可能開展自主回收的是比亞迪股份有限公司（以下簡稱“比亞迪”）。比亞迪與國內其他新能源汽車生產企業最大的差異在于其擁有強大的電池制造技術，所有比亞迪新能源汽車搭載的都是自研自產的電池，因此，擁有前端產業的比亞迪可以享受到末端反饋帶來的快速響應，從而在新能源汽車競爭中獲得優勢。此外，比亞迪已經在電池回收領域開始布局，在深圳建立了寶龍工廠對電池進行拆包與初步性能檢測，而在末端資源化與梯級利用方面也有所涉及，有能力獨立開展回收工作［12］。但是，目前比亞迪與格林美、中國鐵塔等大型資源化公司已經簽訂了戰略合作協議，其末端自主回收體系不足以覆蓋廢舊電池產生量；另外，目前我國尚未有汽車生產企業自主回收的案例，從側面表明我國與日本政策及環境的差異導致全產業鏈自主回收模式在我國的意義與適應性并不強。因此，即便比亞迪有激勵和能力實現動力電池自主回收，但真正實施自主回收的可能性也很低。

在中長期尺度下，汽車生產企業仍然是資金流的樞紐，通過4S 店、售后服務商或充電站的收集過程沒有資金流動，而通過網絡與零售商的收集費用則包含在合作協議之中。在成熟的產業聯盟回收模式下，汽車生產企業無需對4S 店、售后服務商等網點進行過多布局，僅需通過協議實現回收；而在第三方回收模式下，汽車生產企業需要向第三方購買系統性解決方案，一次性解決動力電池收集后的資金問題。此外，如果設立的許可證制度包含處理基金或處理補貼等制度，許可證管理中心可以作為政策獎勵與處罰的傳導器，將政策、回收效果與回收主體連接起來，更好地實現責任分攤。

5 新能源汽車動力電池再生利用經濟性分析

5.1 回收價值測算

由于電動乘用車主要使用三元電池，本文以三元電池為主要研究對象。目前市場上三元電池中鎳、鈷、錳的配比主要有8 ∶1 ∶1、6 ∶2 ∶2、5 ∶3 ∶2這3 種類型，而北京市場上三大新能源汽車生產企業旗艦車型（北汽EU5、榮威Ei5、比亞迪秦Pro）均為622 型電芯。同時，基于部分電池生產商目前著眼于生產電芯密度更高的811 型電芯，因此本文主要選取622 和811 兩種三元電芯配比進行回收測算，兩種三元電池金屬含量如表2 所示。

表2 不同類型三元電池金屬含量

研究顯示，3 種動力電池的電芯質量在整個電池包中占比為60%～70%［13］，因此，本文選用65%作為質量修正系數。正極板質量占比以應用廣泛的2.2 Ah 18650 電池為標準計算，正極占比為31.8%（電池質量44 g，正極質量約14 g），回收率按90%計算。每t 廢棄三元動力電池可回收金屬量計算公式為：

式（1）中：M為回收金屬質量（單位為kg）；p為正極金屬含量；c為正極占比（31.8%）；k為電芯質量占比（65%）；r為回收率（90%）。

動力電池回收貴金屬單價以中國選礦技術網公開價格進行計算，2019 年5 月10 日，4 種主要貴金屬價格如表3 所示。經計算，1 t 三元鋰電池理論可回收金屬量與回收價值如表4 所示。

表3 三元電池回收主要貴金屬價格

表4 不同類型三元電池回收金屬量與回收價值

5.2 濕法回收成本

動力電池回收技術處理成本參考黎華玲等［14］的研究結果，具體如表5 所示，其中廢電池收購費用占總成本的35.7%。

表5 三元電池濕法回收成本統計 單位：元/t

5.3 回收收益與討論

依照回收收益模型計算，對于再生企業而言，811 型三元電池回收將虧損535.4 元/t，622 型三元電池回收收益為517.7 元/t，即622 型三元電池具有更好的回收經濟性。據清華大學環境學院關于廢舊動力電池運輸費用的相關研究，運輸成本約為8元/(t·km)［15］，按平均運輸里程為50 km 計算，運輸成本費用為400 元/t。則如果汽車生產企業依托產業聯盟或自行開展回收，可以節省購買廢舊電池的8 000 元成本，或者適當降低廢舊電池的收購費用，當通過聯盟運作將收購成本降低到7 000 元/t 時，811 型三元電池濕法回收也可實現盈利。

6 結論

純電動乘用車是北京市新能源汽車的主要發展方向，北京市短期內，新能源汽車動力電池回收以汽車生產企業為主導的產業聯盟回收模式快速布局開展回收工作，中長期尺度下，聯盟回收模式逐步完善，第三方企業將發揮更大的作用，成為動力電池回收的主要力量之一，而自主回收模式將很難維持。北京市場上新能源汽車動力電池以三元電池為主，在經濟性方面，三元電池再生利用通過濕法回收工藝可以通過再生金屬獲取價值，綜合來看，811型三元電池回收將虧損535.4 元/t，622 型三元電池回收收益為517.7 元/t；如果汽車生產企業依托產業聯盟或自行開展回收，將電池收購成本進一步降低時，則兩種類型三元電池均可能實現盈利。