中國正在主導鋰離子電池生產,并以驚人的速度建造工廠,歐洲也緊隨其后,目標是到2025年成為第二大電池生產地區。盡管美國擁有更多的技術創新,但它需要大步追趕。

隨著世界各國政府承諾減少溫室氣體排放,電池已經上升到政策討論的前沿。預計到2030年,全球電動汽車電池市場規模將達到近1萬億美元,美國、中國和歐洲正競相在大規模生產更廉價、更高效和更安全電池的競爭中占據一席之地。

中國正在主導鋰離子電池生產,并以驚人的速度建造工廠,歐洲也緊隨其后,目標是到2025年成為第二大電池生產地區。盡管美國擁有更多的技術創新,但它需要大步追趕。

鋰離子電池的制造依賴于石墨、鋰、鈷等關鍵材料。這些材料用于今天的活性陰極材料,這些化學成分出現在以下高性能電池中:鋰離子電池、固態電池和硅電池。

中國的主導地位

2019年,中國化工企業占全球電池原材料總產量的80%。到2029年,將有136家計劃中的鋰離子電池工廠建成,其中101家位于中國。剛果的鈷礦(絕大多數鈷金屬都產于剛果)由中國壟斷。

還有,中國一直在購買澳大利亞和南美洲的采礦業務的股份,這兩個地區是世界上鋰儲量最多的地區。事實上,中國的天齊鋰業目前擁有世界上最大鋰儲量的51%。

到2023年,歐洲的鋰離子電池生產能力將超過美國。到2023年,歐洲的電動汽車電池需求將超過每年200GWh,到2028年將達到400GWh。

此外,歐洲的鋰離子電池容量份額將從2020年的6%上升到2025年的25%,中國的預期份額可能從77%下降到65%。

盡管美國在主導市場的鋰離子電池技術方面處于領先地位,但缺乏國家戰略一直阻礙著該國的電池生產。

為了解決這一問題,美國能源部2021年6月發布了《國家鋰電池藍圖》,指導開發國內價值鏈的投資。該計劃包括材料回收、加快國內采礦工作以解決日益嚴重的材料短缺,以及尋找制造不含鈷和鎳的鋰離子電池的方法。

另外,能源部還計劃向電動汽車生產設施提供170億美元的貸款,而拜登政府已承諾提供1億美元用于新供應鏈的人力開發。

隨著全球領先的汽車制造商在電氣化方面加倍努力,預計電池需求將非常強勁,到2030年左右,電池產量將難以跟上需求的步伐。對美國和歐洲來說,在制造規模和材料供應方面與中國競爭的努力,可能會更有效地轉向電池創新。

重新思考結構

毫無疑問,實現大規模電氣化需要比目前市場上的電池續航時間更長、充電速度更快的電池。在過去幾十年里,提高電池性能的大部分努力都集中在化學方面。這導致了逐步的改進,對占主導地位的鋰離子電池的調整使我們轉向了固態電池,許多人認為這是電池性能的下一步變化。

然而,固態電池的大規模商業化仍需至少十年時間,成本也依然是個問題。但還有另一種方法直到最近才受到重視,它可以幫助提高任何電池的化學性能,無論是現有的還是正在研發中的:重新思考電池的物理架構。

例如,從傳統的2D電極結構過渡到3D結構,陽極和陰極都能產生更高的能量和更高的功率性能,解決了電池行業仍然困擾的兩個挑戰:功率-能量的權衡和陰極-陽極的不匹配。

當然,克服制造和材料供應方面的挑戰仍然是關鍵因素。

我們看到越來越多的電池行業的人工智能應用和制造業自動化在這方面顯示出巨大的前景。歸根結底,電池創新是一種整體的方法,那些開發和采用對性能影響最大、成本最低、與現有制造基礎設施兼容的技術的國家,將在電池競賽中領先。

[責任編輯:趙卓然]

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