電池崛起的時(shí)代
時(shí)間:2022-03-09 09:16來(lái)源:汽車(chē)商業(yè)評(píng)論 作者:馬曉蕾
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電池就是未來(lái)的石油。
近幾年電池領(lǐng)域的專(zhuān)利數(shù)在眾多行業(yè)中遙遙領(lǐng)先。從原材料到電芯，花在研發(fā)、擴(kuò)大全球產(chǎn)能和供應(yīng)鏈合作上的資金已達(dá)數(shù)十億美元。
電動(dòng)車(chē)一直在成本上追趕燃油車(chē)，目標(biāo)是到2026年實(shí)現(xiàn)與燃油車(chē)成本持平。可惜事與愿違，就在過(guò)去的10年里，鋰離子電池的價(jià)格上漲了90%，其中原材料的價(jià)格（尤其是鋰金屬）在去年漲的厲害。
目前的電動(dòng)車(chē)電池以鋰電池為主，鋰金屬價(jià)格上漲無(wú)疑是在扯后腿。也給致力于全系車(chē)型零排放的汽車(chē)制造商帶來(lái)了些許壓力。
整合
現(xiàn)代電池廠(chǎng)改造相對(duì)較為簡(jiǎn)單，生產(chǎn)使用各種不同材料的電池，響應(yīng)不斷變化的客戶(hù)需求 ▼
咨詢(xún)公司麥肯錫的電池材料分析師馬克斯·里德（Max Reid）說(shuō)：“歐洲和美國(guó)的制造商在電池材料、前驅(qū)體和陰極材料方面嚴(yán)重依賴(lài)東亞供應(yīng)商，一個(gè)高成本行業(yè)卻依賴(lài)一個(gè)低利潤(rùn)市場(chǎng)，并且競(jìng)爭(zhēng)很激烈。”
去年11月，全球性專(zhuān)用化學(xué)品公司莊信萬(wàn)豐集團(tuán)（Johnson Matthey）宣布退出陰極材料業(yè)務(wù)，因?yàn)槌杀咎撸瑹o(wú)法獲得預(yù)期利潤(rùn)，也無(wú)法吸引主要的商業(yè)伙伴。
Reddie & Grose律師事務(wù)所的一位專(zhuān)利律師達(dá)斯汀·鮑爾（Dustin Bauer）說(shuō)：“陰極材料的選擇尤為重要，它通常占到了電池成本的50%。”
為了降低電池成本，緩解原材料壓力，整條供應(yīng)鏈上的企業(yè)都在整合。
比如，特斯拉直接與美國(guó)一家礦場(chǎng)簽訂了鎳供應(yīng)協(xié)議，該礦場(chǎng)將于2026年投入生產(chǎn)。特斯拉同時(shí)在努力將鋰的來(lái)源多樣化，甚至要保證自己在美國(guó)的采礦權(quán)。
又比如，世界最大的化工企業(yè)之一德國(guó)巴斯夫（BASF）與世界最大的電池制造商寧德時(shí)代合作，為寧德時(shí)代的第一家歐洲工廠(chǎng)供應(yīng)正極材料。
除了寧德時(shí)代，巴斯夫還為保時(shí)捷與德國(guó)電池制造商Customcells的合資企業(yè)提供原材料。與中國(guó)的蜂巢能源（SVolt）合作開(kāi)發(fā)陰極材料和電池回收技術(shù)。
巴斯夫的一位發(fā)言人說(shuō)，該公司一直致力于如何高效提取金屬，避免在回收時(shí)金屬遭到破壞而浪費(fèi)。
瑞典電池初創(chuàng)企業(yè)NorthVolt在2021年底推出了它的第一款電池產(chǎn)品。內(nèi)部的陰極生產(chǎn)到最終的電池回收，該公司的目標(biāo)是將整個(gè)過(guò)程完全垂直整合。
NorthVolt還在與大眾汽車(chē)合作建造一家德國(guó)電池廠(chǎng)，預(yù)計(jì)將于2024年投入生產(chǎn)，并與沃爾沃合作供應(yīng)一家瑞典工廠(chǎng)，每年能夠提供50GWh的電池容量，足以供大約50萬(wàn)輛汽車(chē)使用。
總部位于英國(guó)謝菲爾德的鈉離子電池研發(fā)公司Faradion的技術(shù)和運(yùn)營(yíng)總監(jiān)露絲·塞耶斯（Ruth Sayers）說(shuō)：“目前，千兆工廠(chǎng)在歐洲十分熱門(mén)。在客戶(hù)群附近建廠(chǎng)，不必滿(mǎn)世界運(yùn)輸零部件，怎么看都是一件劃算的事，更不用說(shuō)對(duì)于環(huán)境也有好處。”
鋰貴、鈷“臟”
鋰離子電池在市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位，主要的正極化學(xué)成分包括鎳錳鈷鋰（NMC）和鎳鈷鋁鋰（NCA）。由于制造商想要降低成本，并嘗試去“鈷”，磷酸鐵鋰（LFP）電池開(kāi)始異軍突起。特斯拉就打算在入門(mén)級(jí)汽車(chē)中改用磷酸鐵鋰電池。
“材料的選擇基本上是由消費(fèi)者的需求決定的。”里德說(shuō)，“續(xù)航、價(jià)格、性能……消費(fèi)者最看重的是什么，我們就要生產(chǎn)什么樣的電池，選擇合適的化學(xué)成分。改造工廠(chǎng)，生產(chǎn)出某種化學(xué)成分一點(diǎn)都不難。”
去年，寧德時(shí)代宣布正在制造鈉離子電池，不會(huì)再受到鋰價(jià)格的制約。它的第一代商用鈉離子電池與使用磷酸鐵鋰的鋰離子電池大致兼容，可以將鋰離子和鈉離子電芯整合到同一個(gè)電池包中。
“鈉離子電池的能量密度比鋰離子更低，更能適應(yīng)快充和低溫環(huán)境。鈉離子電池還可以在深度放電的狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)輸或維護(hù)。而鋰離子在這種狀態(tài)下是最容易起火的。” Faradion賽耶斯解釋說(shuō)。
寧德時(shí)代的第一代鈉離子電池的能量密度為160Wh/kg，這與使用磷酸鐵鋰的鋰離子電池差不多。但其他化學(xué)材料可以達(dá)到265Wh/kg，該公司的目標(biāo)是在下一次換代中突破200Wh/kg。
寧德時(shí)代的一位發(fā)言人透露，它正在使用無(wú)陽(yáng)極鋰金屬電池技術(shù)，這有助于大幅提高能量密度。這種電池在制造和運(yùn)輸過(guò)程中沒(méi)有陽(yáng)極。當(dāng)電池第一次充電時(shí)，鈉開(kāi)始聚集在集電器上，從而構(gòu)成了陽(yáng)極。
Faradion也有類(lèi)似的計(jì)劃。
“鈉離子電池的制造過(guò)程和生產(chǎn)設(shè)備與鋰離子電池完全相同。所以基礎(chǔ)設(shè)施都是現(xiàn)成的，不需要額外的資本支出。”賽耶斯說(shuō)。
特斯拉宣布將使用磷酸鐵鋰電池，也為鈉離子的未來(lái)提供了更多的可能性。鈉離子本質(zhì)上是一種磷酸鐵鋰替代技術(shù)，所以磷酸鐵鋰的應(yīng)用前景也就是鈉離子的應(yīng)用前景。
鋰很貴，鈷很“臟”。
從巖石或鹽水中每提取一噸鋰要消耗數(shù)百升的水，而剛果的鈷礦往往伴隨著侵犯人權(quán)和破壞環(huán)境的指控。
鈉離子電池既不含鋰也不含鈷。銅也不需要了，集電器上只有鋁。所以，鈉離子電池要便宜得多，有可能將材料成本降低40%。
Faradion首先將鈉離子電池應(yīng)用至三輪車(chē)市場(chǎng)。印度首富穆克什·安巴尼（Mukesh Ambani）的瑞來(lái)斯太陽(yáng)能公司（Reliance New Energy Solar）計(jì)劃在印度西部建造一座千兆工廠(chǎng)，該工廠(chǎng)將使用Faradion的鈉離子技術(shù)。安巴尼鐘愛(ài)鈉離子，向Faradion公司投了一億英鎊。
Faradion還在與卡車(chē)和公共汽車(chē)制造商洽談。
鮑爾律師建議：“鈉離子生產(chǎn)商可以借鑒鋰離子電池30多年的制造經(jīng)驗(yàn)，利用大量的現(xiàn)有知識(shí)來(lái)快速推進(jìn)鈉離子技術(shù)。”
但寧德時(shí)代并不認(rèn)為鈉離子會(huì)取代鋰離子。鈉離子具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以適應(yīng)鋰離子電池適應(yīng)不了的情況。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，鈉離子電池和鋰離子電池將共存并相互補(bǔ)充。
固態(tài)的未來(lái)？
雖然提高充電樁的利用率可能會(huì)解決大多數(shù)續(xù)航焦慮，但固態(tài)電池技術(shù)有可能提供更大的能量密度，提供更高的續(xù)航里程。
寧德時(shí)代已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了固態(tài)電池原型，但因?yàn)橛卸喾N技術(shù)問(wèn)題需要解決，距離大規(guī)模生產(chǎn)還有一段距離。
“固態(tài)電池目前還處于試驗(yàn)階段，必須要經(jīng)歷這個(gè)復(fù)雜的沉淀過(guò)程。”里德說(shuō)。
固態(tài)電池需要用到高純度金屬鋰取代鋰離子電池負(fù)極中的石墨，這需要依靠氯化鋰作為前驅(qū)體。目前，還沒(méi)有足夠的基礎(chǔ)設(shè)施滿(mǎn)足這一供應(yīng)。
“如果需求上來(lái)了，我們必須擴(kuò)大規(guī)模，雖然據(jù)稱(chēng)固態(tài)電池可以在5分鐘內(nèi)充滿(mǎn)一輛汽車(chē)，但它還是太貴了。”里德說(shuō)，“研究小組正在研究將鈉作為一種更便宜的替代品。”
Britishvolt工廠(chǎng)效果圖。歐洲各地正在建設(shè)幾個(gè)千兆工廠(chǎng)，如Britishvolt正在建設(shè)的工廠(chǎng) ▼
中國(guó)臺(tái)灣的輝能科技（ProLogium）號(hào)稱(chēng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種固態(tài)鋰陶瓷電池，可以在12分鐘內(nèi)完成充電，提供的續(xù)航里程是傳統(tǒng)鋰離子電池的兩倍。
2月初，奔馳領(lǐng)投輝能科技，兩家公司預(yù)計(jì)奔馳汽車(chē)將在2025年之后用上固態(tài)電池。
回收
電池可能是未來(lái)的石油，它能消除石油帶來(lái)的環(huán)境污染嗎？答案是有可能。回收大量關(guān)鍵材料可以減少電池的碳足跡。
英國(guó)正在建立回收系統(tǒng)。莊信萬(wàn)豐已經(jīng)與歐洲金屬回收公司（European Metal Recycling）合作，為鋰離子電池和電池原材料開(kāi)發(fā)一個(gè)完全封閉的循環(huán)過(guò)程。
而Faradion公司打算在擴(kuò)展業(yè)務(wù)規(guī)模的同時(shí)覆蓋整個(gè)電池的生命周期。
“鈉的回收過(guò)程與鋰離子大致相同，甚至更簡(jiǎn)單。因?yàn)殁c離子電池的集電器上只有鋁，沒(méi)有銅，不需要費(fèi)盡心思分離元素。”賽耶斯說(shuō)，F(xiàn)aradion還在研究一種綠色電池，其中的元素可以回收制成肥料。
2月初，另一家新企業(yè)Britishvolt與采礦和回收集團(tuán)Glencore成立了一家合資企業(yè)。雙方合作的初衷是為了處理其千兆工廠(chǎng)的鋰離子廢料，慢慢發(fā)展成了電池回收業(yè)務(wù)，預(yù)計(jì)將于2024年初開(kāi)始批量生產(chǎn)。
除了回收，該公司還希望減少電芯生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放。首席技術(shù)官艾倫·帕特森（Allan Patterson）在知識(shí)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)（Knowledge Transfer Network）的電池技術(shù)峰會(huì)上說(shuō)，該公司的目標(biāo)是每千瓦時(shí)產(chǎn)能的二氧化碳排放量不超過(guò)25公斤。
作為參考，美國(guó)和歐洲的標(biāo)準(zhǔn)是不超過(guò)大約60公斤/千瓦時(shí)，中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)大約是90公斤/千瓦時(shí)。主要的做法包括將陰極材料生產(chǎn)本地化，并使用可再生能源，石墨也可如法炮制。
Britishvolt還希望提高電池的性能。提高能量密度固然重要，但所有問(wèn)題最終還是會(huì)回到主要材料的生產(chǎn)和回收。
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電池
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