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电池崛起的时代

时间:2022-03-09 09:16来源:汽车商业评论 作者:马晓蕾
点击: 次
       电池就是未来的石油。
 
       近几年电池领域的专利数在众多行业中遥遥领先。从原材料到电芯，花在研发、扩大全球产能和供应链合作上的资金已达数十亿美元。
 
       电动车一直在成本上追赶燃油车，目标是到2026年实现与燃油车成本持平。可惜事与愿违，就在过去的10年里，锂离子电池的价格上涨了90%，其中原材料的价格（尤其是锂金属）在去年涨的厉害。
 
       目前的电动车电池以锂电池为主，锂金属价格上涨无疑是在扯后腿。也给致力于全系车型零排放的汽车制造商带来了些许压力。
 
整合
 
现代电池厂改造相对较为简单，生产使用各种不同材料的电池，响应不断变化的客户需求 ▼
       咨询公司麦肯锡的电池材料分析师马克斯·里德（Max Reid）说：“欧洲和美国的制造商在电池材料、前驱体和阴极材料方面严重依赖东亚供应商，一个高成本行业却依赖一个低利润市场，并且竞争很激烈。”
 
       去年11月，全球性专用化学品公司庄信万丰集团（Johnson Matthey）宣布退出阴极材料业务，因为成本太高，无法获得预期利润，也无法吸引主要的商业伙伴。
 
       Reddie & Grose律师事务所的一位专利律师达斯汀·鲍尔（Dustin Bauer）说：“阴极材料的选择尤为重要，它通常占到了电池成本的50%。”
 
       为了降低电池成本，缓解原材料压力，整条供应链上的企业都在整合。
 
       比如，特斯拉直接与美国一家矿场签订了镍供应协议，该矿场将于2026年投入生产。特斯拉同时在努力将锂的来源多样化，甚至要保证自己在美国的采矿权。
 
       又比如，世界最大的化工企业之一德国巴斯夫（BASF）与世界最大的电池制造商宁德时代合作，为宁德时代的第一家欧洲工厂供应正极材料。
 
       除了宁德时代，巴斯夫还为保时捷与德国电池制造商Customcells的合资企业提供原材料。与中国的蜂巢能源（SVolt）合作开发阴极材料和电池回收技术。
 
       巴斯夫的一位发言人说，该公司一直致力于如何高效提取金属，避免在回收时金属遭到破坏而浪费。
 
       瑞典电池初创企业NorthVolt在2021年底推出了它的第一款电池产品。内部的阴极生产到最终的电池回收，该公司的目标是将整个过程完全垂直整合。
 
       NorthVolt还在与大众汽车合作建造一家德国电池厂，预计将于2024年投入生产，并与沃尔沃合作供应一家瑞典工厂，每年能够提供50GWh的电池容量，足以供大约50万辆汽车使用。
 
       总部位于英国谢菲尔德的钠离子电池研发公司Faradion的技术和运营总监露丝·塞耶斯（Ruth Sayers）说：“目前，千兆工厂在欧洲十分热门。在客户群附近建厂，不必满世界运输零部件，怎么看都是一件划算的事，更不用说对于环境也有好处。”
 
锂贵、钴“脏”
       锂离子电池在市场上占主导地位，主要的正极化学成分包括镍锰钴锂（NMC）和镍钴铝锂（NCA）。由于制造商想要降低成本，并尝试去“钴”，磷酸铁锂（LFP）电池开始异军突起。特斯拉就打算在入门级汽车中改用磷酸铁锂电池。
 
       “材料的选择基本上是由消费者的需求决定的。”里德说，“续航、价格、性能……消费者最看重的是什么，我们就要生产什么样的电池，选择合适的化学成分。改造工厂，生产出某种化学成分一点都不难。”
 
       去年，宁德时代宣布正在制造钠离子电池，不会再受到锂价格的制约。它的第一代商用钠离子电池与使用磷酸铁锂的锂离子电池大致兼容，可以将锂离子和钠离子电芯整合到同一个电池包中。
 
       “钠离子电池的能量密度比锂离子更低，更能适应快充和低温环境。钠离子电池还可以在深度放电的状态下进行运输或维护。而锂离子在这种状态下是最容易起火的。” Faradion赛耶斯解释说。
 
       宁德时代的第一代钠离子电池的能量密度为160Wh/kg，这与使用磷酸铁锂的锂离子电池差不多。但其他化学材料可以达到265Wh/kg，该公司的目标是在下一次换代中突破200Wh/kg。
 
       宁德时代的一位发言人透露，它正在使用无阳极锂金属电池技术，这有助于大幅提高能量密度。这种电池在制造和运输过程中没有阳极。当电池第一次充电时，钠开始聚集在集电器上，从而构成了阳极。
 
       Faradion也有类似的计划。
 
       “钠离子电池的制造过程和生产设备与锂离子电池完全相同。所以基础设施都是现成的，不需要额外的资本支出。”赛耶斯说。
 
       特斯拉宣布将使用磷酸铁锂电池，也为钠离子的未来提供了更多的可能性。钠离子本质上是一种磷酸铁锂替代技术，所以磷酸铁锂的应用前景也就是钠离子的应用前景。
 
       锂很贵，钴很“脏”。
 
       从岩石或盐水中每提取一吨锂要消耗数百升的水，而刚果的钴矿往往伴随着侵犯人权和破坏环境的指控。
 
       钠离子电池既不含锂也不含钴。铜也不需要了，集电器上只有铝。所以，钠离子电池要便宜得多，有可能将材料成本降低40%。
 
       Faradion首先将钠离子电池应用至三轮车市场。印度首富穆克什·安巴尼（Mukesh Ambani）的瑞来斯太阳能公司（Reliance New Energy Solar）计划在印度西部建造一座千兆工厂，该工厂将使用Faradion的钠离子技术。安巴尼钟爱钠离子，向Faradion公司投了一亿英镑。
 
       Faradion还在与卡车和公共汽车制造商洽谈。
 
       鲍尔律师建议：“钠离子生产商可以借鉴锂离子电池30多年的制造经验，利用大量的现有知识来快速推进钠离子技术。”
 
       但宁德时代并不认为钠离子会取代锂离子。钠离子具有独特的优势，可以适应锂离子电池适应不了的情况。从长远来看，钠离子电池和锂离子电池将共存并相互补充。
 
固态的未来？
 
       虽然提高充电桩的利用率可能会解决大多数续航焦虑，但固态电池技术有可能提供更大的能量密度，提供更高的续航里程。
 
       宁德时代已经开发出了固态电池原型，但因为有多种技术问题需要解决，距离大规模生产还有一段距离。
 
       “固态电池目前还处于试验阶段，必须要经历这个复杂的沉淀过程。”里德说。
 
       固态电池需要用到高纯度金属锂取代锂离子电池负极中的石墨，这需要依靠氯化锂作为前驱体。目前，还没有足够的基础设施满足这一供应。
 
       “如果需求上来了，我们必须扩大规模，虽然据称固态电池可以在5分钟内充满一辆汽车，但它还是太贵了。”里德说，“研究小组正在研究将钠作为一种更便宜的替代品。”
 
Britishvolt工厂效果图。欧洲各地正在建设几个千兆工厂，如Britishvolt正在建设的工厂 ▼
       中国台湾的辉能科技（ProLogium）号称已经开发出一种固态锂陶瓷电池，可以在12分钟内完成充电，提供的续航里程是传统锂离子电池的两倍。
 
       2月初，奔驰领投辉能科技，两家公司预计奔驰汽车将在2025年之后用上固态电池。
 
回收
 
       电池可能是未来的石油，它能消除石油带来的环境污染吗？答案是有可能。回收大量关键材料可以减少电池的碳足迹。
       英国正在建立回收系统。庄信万丰已经与欧洲金属回收公司（European Metal Recycling）合作，为锂离子电池和电池原材料开发一个完全封闭的循环过程。
 
       而Faradion公司打算在扩展业务规模的同时覆盖整个电池的生命周期。
 
       “钠的回收过程与锂离子大致相同，甚至更简单。因为钠离子电池的集电器上只有铝，没有铜，不需要费尽心思分离元素。”赛耶斯说，Faradion还在研究一种绿色电池，其中的元素可以回收制成肥料。
 
       2月初，另一家新企业Britishvolt与采矿和回收集团Glencore成立了一家合资企业。双方合作的初衷是为了处理其千兆工厂的锂离子废料，慢慢发展成了电池回收业务，预计将于2024年初开始批量生产。
 
       除了回收，该公司还希望减少电芯生产过程中的碳排放。首席技术官艾伦·帕特森（Allan Patterson）在知识转移网络（Knowledge Transfer Network）的电池技术峰会上说，该公司的目标是每千瓦时产能的二氧化碳排放量不超过25公斤。
 
       作为参考，美国和欧洲的标准是不超过大约60公斤/千瓦时，中国的标准大约是90公斤/千瓦时。主要的做法包括将阴极材料生产本地化，并使用可再生能源，石墨也可如法炮制。
 
       Britishvolt还希望提高电池的性能。提高能量密度固然重要，但所有问题最终还是会回到主要材料的生产和回收。
 
(责任编辑：子蕊)
文章标签： 电池
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