來自汽車電池行業(yè)的重要利益相關者上周齊聚圣地亞哥科羅拉多大酒店，參加第19屆美國先進汽車電池大會（AABC）。

此次活動匯集了來自學術界和科學界的專業(yè)人員，以及來自電池供應鏈各級供應商和汽車制造商對車用電池感興趣的參與者。在現(xiàn)階段電動汽車普及的轉折點上，匯集各方專業(yè)意見，并熱切關注電池行業(yè)目前面對的挑戰(zhàn)。本文重點將介紹會議上有關電動汽車電池技術發(fā)展的關鍵主題。

穩(wěn)定性、可循環(huán)性和安全性

實現(xiàn)高能量密度電池的穩(wěn)定性、可循環(huán)性和安全性仍然是學術界和工業(yè)界合作研究項目的重要焦點。來自美國能源部下屬創(chuàng)新中心儲能研究聯(lián)合中心（JCESR）的VenkatSrinivasan在會上介紹了其團隊的研究項目，已經(jīng)打造了四種具有應用前景的下一代電池原型（鋰硫電池、多價鎂離子電池、吸氣式液化硫電池和還原液流電池），并且成立了三家初創(chuàng)公司（BlueCurrent、Sephion和FormEnergy）來探索將這些電池化學實現(xiàn)商業(yè)應用的可能性。

不過他重申，對電池級缺陷建模的根本挑戰(zhàn)以及了解其影響是他們團隊工作的一個關鍵重點。由太平洋西北國家實驗室（pNNL）JunLiu領導的Battery500聯(lián)盟，繼續(xù)朝著鋰離子電池能量密度達到500瓦時/千克和成本價格降低至100美元/千瓦時的長期目標而不斷努力。雖然目前鋰鎳錳鈷電池的能量密度達到了350瓦時/千克，但要在這種能量密度下實現(xiàn)可循環(huán)性目標仍面對著關鍵挑戰(zhàn)。盡管如此，對液體以及固體電解質的研究仍在繼續(xù)，人們相信液態(tài)電池的潛力尚未完全挖掘。

硅作為陽極材料

人們關于將硅材料作為未來電池陽極材料的市場準備情況提出了不同的看法。美國國家可再生能源實驗室（NREL）的AnthonyBurrell介紹了其團隊的研究成果，旨在提高能源密度并降低成本的同時，克服當前可循環(huán)性方面的關鍵限制。關于他的團隊來說，由于充/放電過程中的膨脹/收縮導致了臨界硅電解質界面（SEI）的不穩(wěn)定，這些問題尚未得到解決。

用硅酸鋰進行的研究并沒有改善循環(huán)過程中的穩(wěn)定性，同時也沒有發(fā)現(xiàn)在軟包電池中新增硅含量能夠帶來所需的可循環(huán)性。相反，由密歇根州底特律市paracleteEnergy公司首席執(zhí)行官JeffNorris領導的研究團隊，展示了其可量產的金屬基SM-Silicon/3590陽極材料，該材料既具有基礎材料的產量潛力，同時也具有石墨那樣的穩(wěn)定性和價格潛力。paraclete聲稱自己的硅陽極材料是唯一技術成熟度達到TR9的材料，并且該公司提出了一個積極目標：到2020年，將其制造廠面向汽車應用的產量從目前的每年25噸提高至每年750噸。

專注于降低成本

在側重于商業(yè)方面的相關主題中，汽車制造商們在會議第一天就介紹了他們重點關注降低成本的同時，確保供應鏈的可持續(xù)性。寶馬公司的peterLamp博士在會上強調了前者，他指出電池占鋰離子電池成本的80%，而材料占到電池成本的80%。

降低陰極成本是寶馬公司的一個關重視點，他們正在對改進陰極材料開展獨立研究，以NMC811為基準，探索替代電解質、粘結劑、導電劑和負載。寶馬還認為，電動汽車的行駛里程目標將在2025年前實現(xiàn)，這意味著在那之后不要進一步提高能源密度；只要降低成本。

戴姆勒北美公司的TobiasGlossmann關注的是供應鏈的可持續(xù)性，他將戴姆勒描述為一家“電池集成公司”。他提到，要吸取電動機發(fā)展過程中，銅價格波動和稀土元素供應鏈限制方面的相關經(jīng)驗教訓，將開發(fā)鋰硫電池作為可持續(xù)解決方法的重點。要克服的關鍵問題包括鋰陽極金屬的安全性，這在轉移到固態(tài)電解質時可以解決。

固態(tài)電池技術成熟

毫無疑問，固態(tài)電池的技術成熟度即使不是本次會上最重要的主題，也是較為重要的主題之一。固態(tài)電解質的重要優(yōu)點（更高的能量密度、耐燃性）已被眾多業(yè)內人士重申，目前業(yè)界似乎專注于將鋰金屬基電解質從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)。然而這是通過鋰離子基電解質實現(xiàn)的，要實現(xiàn)前文中提到的能量密度達到500瓦時/千克，“最終手段”似乎仍然要依靠固態(tài)鋰金屬。

SolidEnergySystems（SES）首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人QichaoHu也概述了電池技術的發(fā)展現(xiàn)狀，他表示，要同時轉向更安全的固態(tài)電解質以及具有更高能量密度的金屬鋰化學材料。SES展示了到2020年利用NMC和CNT基陰極化學來實現(xiàn)這一目標的路線圖。這家供應商希望將其超薄鋰金屬箔陽極推向市場，并聲稱這將為鋰枝晶控制帶來根本性突破。這項技術已經(jīng)在無人機上得到了初步的商業(yè)應用，不過其在充電速度和可循環(huán)性方面仍存在限制，這將影響其在當前汽車電池中的應用。不過，該公司已經(jīng)在四輪電動汽車的應用中，實現(xiàn)了400次循環(huán)時保留85%的電池容量。

為了在離子電導率、界面穩(wěn)定性、電解質的枝晶電阻、可實現(xiàn)的陽極厚度以及最重要的、可能的量產工藝之間取得最佳平衡，人們繼續(xù)提出了基礎固態(tài)化學方面的變化?？紤]到固態(tài)電解液具有高度靈活、不穩(wěn)定以及其他一些不可靠的特性，使得其在物流和生產一致性方面非常復雜，固態(tài)電池供應商進一步強調了在加工固態(tài)電解液時面對的挑戰(zhàn)——即使是在現(xiàn)有產量較低，重要為了證明概念性應用的情況下也是如此。另一個有待克服的關鍵限制因素是在低溫環(huán)境下的性能。

著名的鋰離子電池供應商A123Systems介紹了該公司在10Ah固態(tài)電池生產方面取得的成績，并公布了到今年年底實現(xiàn)50-60Ah電池的生產路線圖；到2020年將公布相關產品的樣品；并且計劃到2022-2023年，為其汽車制造商客戶實現(xiàn)固態(tài)聚合物電池量產。不過，低溫環(huán)境下的性能仍然是其最嚴重的未知問題，有一種說法是，這個問題可能或必須在系統(tǒng)（即模塊或電池包）層面解決，而不是在電池本身。

原材料供應鏈

眾多大宗商品市場參與者出席本次會議，為重要的化學與廠領域供應了一個有趣的解決方法，同時將大家的注意力集中到獨特的電池供應鏈動態(tài)方面。支持電動汽車的商業(yè)案例是要實現(xiàn)可盈利且可持續(xù)的電池制造，這要一個適用于所有參與者的有效商業(yè)案例，包括采礦公司、化工生產商、加廠和物流公司。

雖然對所需原材料的基本供應情況似乎并不太擔心，但假如要以當前的價格開采和加工這些原料的商業(yè)案例以及就鎖定供應達成協(xié)議的過程就不那么清楚了。那些能夠獲取原材料的公司只能以可盈利的價格來開采原材料。此外，事實就是關鍵原材料可盈利的大規(guī)模加工仍是我國主導的產業(yè)。因此，由于國內缺乏原材料和/或可盈利的生產加工能力，重要汽車生產市場將繼續(xù)依賴進口，同時大量加工過的原材料將花費較長時間運至全球各地，這一過程將會提高電池的總體生產成本。

盡管在鈷原料方面有許多已知的供應擔憂，但由于價格下降以及人們對富鎳陰極的日益關注，其中許多擔憂已經(jīng)消退，預計在未來10年，富鎳陰極將變得更加流行。不過，一些業(yè)內專家也對中長期鎳原料的可獲得性提出了疑問，特別是在所謂的一級（純）鎳方面，據(jù)了解，目前的電池100%情況下都要用到鎳。

預計在2025年左右，鎳的需求量將超過供應量，除非同時依靠棕地鎳礦和綠地鎳礦，否則項目將無法及時投產以滿足不斷上升的需求。除非位于印度尼西亞的鎳礦項目產量能夠大幅提升，否則鎳的供應量將逐漸減少；高等級鎳鐵合金的浸出可用于生產一級鎳；另外硫酸鎳（NiSO4）也可以作為替代品。回收的二級鎳（大多在菲律賓）可以作為非電動汽車相關應用的替代品，一定程度上緩解供應限制。

盡管如此，其他與會者表示鋰、鈷和錳等其他關鍵材料的需求也并非沒有風險。根據(jù)FastMarketResearch分析師WilliamAdams的預測，到2023年至2024年左右，鋰的價格將一直保持在低位，直到材料過剩的情況有所緩解。在此之后，鋰的供應將隨著價格上漲而逐步上升。不過，仍存在一個重要問題，即考慮到當前價格仍然較低，采礦公司是否會加大投資以應對未來需求的上升。

錳雖然在大多數(shù)陰極中所占的比例較小，但由于錳的儲量豐富，使其價格從根本上更加便宜。即便如此，假如繼續(xù)投資研發(fā)無鈷陰極，錳原料也將面對類似的擔憂。BASF預計將在2020年推出NMC370陰極，同時高密度NMO陰極將繼續(xù)成為其研發(fā)工作的重點。正如MarcoRomero介紹的那樣，位于捷克共和國的Chvaletice錳礦項目將有望解決這些問題。

最后，業(yè)內關于鈷原料存在著廣泛的爭論。雖然穩(wěn)定的供應預計在短時間和中期將是足夠的，不過OceanMinerals介紹了一個有趣的未來項目，重點關注其對NMC的貢獻預計將有助于緩解需求限制。他們位于庫克群島及其周圍海底的富鈷型多金屬結核項目潛在的鈷供應量可達到250萬噸，該公司對其中100萬噸儲量擁有專有權。這是一項更廣泛調查工作的一部分，這些調查已經(jīng)確認，全球海底可獲得的鈷儲量估計為1.45億噸。OceanMinerals首席運營官HansSmit進一步概述了該項目，有望在2026年正式投產，很大程度上利用現(xiàn)有技術