電池崛起的時代

時間:2022-03-09 09:16來源:汽車商業評論 作者:馬曉蕾
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       電池就是未來的石油。
 
       近幾年電池領域的專利數在眾多行業中遙遙領先。從原材料到電芯，花在研發、擴大全球產能和供應鏈合作上的資金已達數十億美元。
 
       電動車一直在成本上追趕燃油車，目標是到2026年實現與燃油車成本持平。可惜事與愿違，就在過去的10年里，鋰離子電池的價格上漲了90%，其中原材料的價格（尤其是鋰金屬）在去年漲的厲害。
 
       目前的電動車電池以鋰電池為主，鋰金屬價格上漲無疑是在扯后腿。也給致力于全系車型零排放的汽車制造商帶來了些許壓力。
 
整合
 
現代電池廠改造相對較為簡單，生產使用各種不同材料的電池，響應不斷變化的客戶需求 ▼
       咨詢公司麥肯錫的電池材料分析師馬克斯·里德（Max Reid）說：“歐洲和美國的制造商在電池材料、前驅體和陰極材料方面嚴重依賴東亞供應商，一個高成本行業卻依賴一個低利潤市場，并且競爭很激烈。”
 
       去年11月，全球性專用化學品公司莊信萬豐集團（Johnson Matthey）宣布退出陰極材料業務，因為成本太高，無法獲得預期利潤，也無法吸引主要的商業伙伴。
 
       Reddie & Grose律師事務所的一位專利律師達斯汀·鮑爾（Dustin Bauer）說：“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，整條供應鏈上的企業都在整合。
 
       比如，特斯拉直接與美國一家礦場簽訂了鎳供應協議，該礦場將于2026年投入生產。特斯拉同時在努力將鋰的來源多樣化，甚至要保證自己在美國的采礦權。
 
       又比如，世界最大的化工企業之一德國巴斯夫（BASF）與世界最大的電池制造商寧德時代合作，為寧德時代的第一家歐洲工廠供應正極材料。
 
       除了寧德時代，巴斯夫還為保時捷與德國電池制造商Customcells的合資企業提供原材料。與中國的蜂巢能源（SVolt）合作開發陰極材料和電池回收技術。
 
       巴斯夫的一位發言人說，該公司一直致力于如何高效提取金屬，避免在回收時金屬遭到破壞而浪費。
 
       瑞典電池初創企業NorthVolt在2021年底推出了它的第一款電池產品。內部的陰極生產到最終的電池回收，該公司的目標是將整個過程完全垂直整合。
 
       NorthVolt還在與大眾汽車合作建造一家德國電池廠，預計將于2024年投入生產，并與沃爾沃合作供應一家瑞典工廠，每年能夠提供50GWh的電池容量，足以供大約50萬輛汽車使用。
 
       總部位于英國謝菲爾德的鈉離子電池研發公司Faradion的技術和運營總監露絲·塞耶斯（Ruth Sayers）說：“目前，千兆工廠在歐洲十分熱門。在客戶群附近建廠，不必滿世界運輸零部件，怎么看都是一件劃算的事，更不用說對于環境也有好處。”
 
鋰貴、鈷“臟”
       鋰離子電池在市場上占主導地位，主要的正極化學成分包括鎳錳鈷鋰（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）電池開始異軍突起。特斯拉就打算在入門級汽車中改用磷酸鐵鋰電池。
 
       “材料的選擇基本上是由消費者的需求決定的。”里德說，“續航、價格、性能……消費者最看重的是什么，我們就要生產什么樣的電池，選擇合適的化學成分。改造工廠，生產出某種化學成分一點都不難。”
 
       去年，寧德時代宣布正在制造鈉離子電池，不會再受到鋰價格的制約。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電池包中。
 
       “鈉離子電池的能量密度比鋰離子更低，更能適應快充和低溫環境。鈉離子電池還可以在深度放電的狀態下進行運輸或維護。而鋰離子在這種狀態下是最容易起火的。” Faradion賽耶斯解釋說。
 
       寧德時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。但其他化學材料可以達到265Wh/kg，該公司的目標是在下一次換代中突破200Wh/kg。
 
       寧德時代的一位發言人透露，它正在使用無陽極鋰金屬電池技術，這有助于大幅提高能量密度。這種電池在制造和運輸過程中沒有陽極。當電池第一次充電時，鈉開始聚集在集電器上，從而構成了陽極。
 
       Faradion也有類似的計劃。
 
       “鈉離子電池的制造過程和生產設備與鋰離子電池完全相同。所以基礎設施都是現成的，不需要額外的資本支出。”賽耶斯說。
 
       特斯拉宣布將使用磷酸鐵鋰電池，也為鈉離子的未來提供了更多的可能性。鈉離子本質上是一種磷酸鐵鋰替代技術，所以磷酸鐵鋰的應用前景也就是鈉離子的應用前景。
 
       鋰很貴，鈷很“臟”。
 
       從巖石或鹽水中每提取一噸鋰要消耗數百升的水，而剛果的鈷礦往往伴隨著侵犯人權和破壞環境的指控。
 
       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用至三輪車市場。印度首富穆克什·安巴尼（Mukesh Ambani）的瑞來斯太陽能公司（Reliance New Energy Solar）計劃在印度西部建造一座千兆工廠，該工廠將使用Faradion的鈉離子技術。安巴尼鐘愛鈉離子，向Faradion公司投了一億英鎊。
 
       Faradion還在與卡車和公共汽車制造商洽談。
 
       鮑爾律師建議：“鈉離子生產商可以借鑒鋰離子電池30多年的制造經驗，利用大量的現有知識來快速推進鈉離子技術。”
 
       但寧德時代并不認為鈉離子會取代鋰離子。鈉離子具有獨特的優勢，可以適應鋰離子電池適應不了的情況。從長遠來看，鈉離子電池和鋰離子電池將共存并相互補充。
 
固態的未來？
 
       雖然提高充電樁的利用率可能會解決大多數續航焦慮，但固態電池技術有可能提供更大的能量密度，提供更高的續航里程。
 
       寧德時代已經開發出了固態電池原型，但因為有多種技術問題需要解決，距離大規模生產還有一段距離。
 
       “固態電池目前還處于試驗階段，必須要經歷這個復雜的沉淀過程。”里德說。
 
       固態電池需要用到高純度金屬鋰取代鋰離子電池負極中的石墨，這需要依靠氯化鋰作為前驅體。目前，還沒有足夠的基礎設施滿足這一供應。
 
       “如果需求上來了，我們必須擴大規模，雖然據稱固態電池可以在5分鐘內充滿一輛汽車，但它還是太貴了。”里德說，“研究小組正在研究將鈉作為一種更便宜的替代品。”
 
Britishvolt工廠效果圖。歐洲各地正在建設幾個千兆工廠，如Britishvolt正在建設的工廠 ▼
       中國臺灣的輝能科技（ProLogium）號稱已經開發出一種固態鋰陶瓷電池，可以在12分鐘內完成充電，提供的續航里程是傳統鋰離子電池的兩倍。
 
       2月初，奔馳領投輝能科技，兩家公司預計奔馳汽車將在2025年之后用上固態電池。
 
回收
 
       電池可能是未來的石油，它能消除石油帶來的環境污染嗎？答案是有可能。回收大量關鍵材料可以減少電池的碳足跡。
       英國正在建立回收系統。莊信萬豐已經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發一個完全封閉的循環過程。
 
       而Faradion公司打算在擴展業務規模的同時覆蓋整個電池的生命周期。
 
       “鈉的回收過程與鋰離子大致相同，甚至更簡單。因為鈉離子電池的集電器上只有鋁，沒有銅，不需要費盡心思分離元素。”賽耶斯說，Faradion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Britishvolt與采礦和回收集團Glencore成立了一家合資企業。雙方合作的初衷是為了處理其千兆工廠的鋰離子廢料，慢慢發展成了電池回收業務，預計將于2024年初開始批量生產。
 
       除了回收，該公司還希望減少電芯生產過程中的碳排放。首席技術官艾倫·帕特森（Allan Patterson）在知識轉移網絡（Knowledge Transfer Network）的電池技術峰會上說，該公司的目標是每千瓦時產能的二氧化碳排放量不超過25公斤。
 
       作為參考，美國和歐洲的標準是不超過大約60公斤/千瓦時，中國的標準大約是90公斤/千瓦時。主要的做法包括將陰極材料生產本地化，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，但所有問題最終還是會回到主要材料的生產和回收。
 
(責任編輯：子蕊)
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