鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：714次 | 2021年06月03日
鋰離子電池進(jìn)入快車道
在政策和技術(shù)因素共同驅(qū)動(dòng)下，交通運(yùn)輸和電力行業(yè)均面對(duì)重大變化，S&PGlobalPlattsAnalytics預(yù)計(jì)鋰離子電池在這一轉(zhuǎn)型中將起到重要用途。
談到電池，已有并將繼續(xù)存在電力存儲(chǔ)與交通運(yùn)輸行業(yè)電池技術(shù)的協(xié)同效應(yīng)。在電力行業(yè)，隨著風(fēng)力和太陽能光伏發(fā)電大規(guī)模部署，為管理其間歇性，電力存儲(chǔ)需求將新增。近期，在美國已出現(xiàn)若干項(xiàng)目建議書（RFP），其中開發(fā)商意圖發(fā)展將光伏資產(chǎn)和鋰離子電池技術(shù)結(jié)合起來的項(xiàng)目，這是S&PGlobalPlattsAnalytics近期在《美國電力存儲(chǔ)展望（U.S.PowerStorageOutlook）》中探討的一個(gè)趨勢。
由于能源領(lǐng)域往往具有孤立性，對(duì)這些領(lǐng)域的相對(duì)規(guī)模和重要性要有所了解。事實(shí)上，電池在能源領(lǐng)域的應(yīng)用在目前及將來均以交通運(yùn)輸領(lǐng)域中的應(yīng)用為主導(dǎo)。
電動(dòng)汽車電池需求遠(yuǎn)超電力存儲(chǔ)市場
直覺上，這應(yīng)當(dāng)不足為奇，因?yàn)殡姵貫殡妱?dòng)汽車供應(yīng)全部能源動(dòng)力需求，但它們?cè)陔娏︻I(lǐng)域僅作為其他發(fā)電來源的輔助。根據(jù)國際能源署（IEA）數(shù)據(jù)，目前全球范圍內(nèi)電力行業(yè)鋰離子電池存儲(chǔ)安裝容量僅為2-4千兆瓦時(shí)（GWh），而電動(dòng)汽車電池容量達(dá)到140千兆瓦時(shí)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
上圖右側(cè)展示了一些強(qiáng)電池存儲(chǔ)滲透情景下電池需求的相對(duì)規(guī)模。在交通領(lǐng)域方面，假設(shè)美國25%的輕型汽車為電動(dòng)汽車（電池容量為60千瓦時(shí)），則電池需求為3,100千兆瓦時(shí)。在電力方面，假設(shè)美國25%的家庭安裝家用電池（容量為13.5千瓦時(shí)），則總需求將小于500千兆瓦時(shí)。假如25%的美國天然氣峰值發(fā)電廠被太陽能光伏和存儲(chǔ)組合所取代，電池需求大致相同。如圖所示，電力方面的潛力在規(guī)模上明顯要小得多——而且電力行業(yè)也有多種非鋰離子電池替代方法可供選擇。
交通運(yùn)輸行業(yè)的角色
交通運(yùn)輸行業(yè)電動(dòng)化被認(rèn)為是減少本地空氣污染——可能還有溫室氣體排放的一個(gè)潛在解決方法（取決于電力行業(yè)的碳強(qiáng)度等因素）。對(duì)此，電池技術(shù)的發(fā)展是關(guān)鍵所在。鋰離子電池技術(shù)研究始于20世紀(jì)70年代。
1991年索尼公司公布第一塊商用鋰離子電池，以新增其視頻錄制設(shè)備的電池容量。然而，盡管鋰離子電池的單位重量或體積蓄電能力遠(yuǎn)超其他更老的技術(shù)，交通運(yùn)輸行業(yè)采用鋰離子電池卻經(jīng)過了更漫長的時(shí)間。20世紀(jì)60年代的早期電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)重要依賴于鎳鎘電池。在一段時(shí)期內(nèi)，鋰離子電池過于昂貴而無法應(yīng)用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，而鎳鎘（NiCd）或鎳氫（NiMH）電池因太重而無法為電動(dòng)汽車供應(yīng)足夠的續(xù)航里程。相比之下，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車要較小的電池容量，并能利用價(jià)格相對(duì)便宜的鎳氫電池。最早的豐田普銳斯混合動(dòng)力汽車的電池容量不到1千瓦時(shí)，而特斯拉Model3的電池容量為75千瓦時(shí)。
雖然電動(dòng)汽車銷量正在上升，但它們?cè)谛萝囦N量和車輛總數(shù)中所占比重依然很小。根據(jù)最新的S&PGlobalPlattsAnalytics電動(dòng)汽車銷售與政策記分卡，2018年乘用車總銷量中電動(dòng)汽車將占2.5%。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
成本將是應(yīng)用進(jìn)一步上升的重要決定因素。電動(dòng)汽車的購買價(jià)格預(yù)計(jì)將繼續(xù)高于汽油或柴油汽車，重要是因?yàn)殡姵爻杀靖?。S&PGlobalPlattsAnalytics模型顯示，在一段時(shí)間內(nèi)，燃油和保養(yǎng)方面的節(jié)約將不足以使電動(dòng)汽車在總擁有成本上具備競爭優(yōu)勢。但是，隨著時(shí)間推移，我們預(yù)計(jì)電動(dòng)汽車成本將進(jìn)一步下降，技術(shù)將得到進(jìn)一步改良。我們估計(jì)電動(dòng)乘用車銷量將繼續(xù)加速，年銷量到2030年將達(dá)到2,400萬輛。
電動(dòng)汽車銷量快速上升將導(dǎo)致原材料需求大幅上升，如鋰、鈷、錳和鎳。新礦、中間轉(zhuǎn)換和加廠開發(fā)要時(shí)間，令人擔(dān)憂供應(yīng)將無法滿足需求，且供應(yīng)短缺將推高電池價(jià)格，降低電動(dòng)汽車的價(jià)格競爭力和應(yīng)用。
有關(guān)材料
材料目前在電池總成本中占近50%，其中鈷、鋰、鎳和石墨最為昂貴，占總成本的30%。在其他方面不變的情況下，工藝和化學(xué)成分改良及電池包工程技術(shù)進(jìn)步將降低電池價(jià)格。反過來，電池成本的金屬價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)將新增，因?yàn)檫@些關(guān)鍵原材料在電池價(jià)格中占較大比重。
金屬需求如何上升一定程度上將取決于電池化學(xué)成分的發(fā)展。該行業(yè)已開發(fā)多種類型的鋰離子電池，容量、化學(xué)成分和性能上各有不同。目前不存在適合所有用途的理想商用鋰離子化學(xué)成分?；瘜W(xué)成分的選擇通常是在能量密度、功率密度、安全性、壽命和成本要求各方面協(xié)調(diào)，其金屬需求各有不同。
原材料是否會(huì)驅(qū)動(dòng)電池成本拋物線
能量密度有關(guān)交通運(yùn)輸電動(dòng)化至關(guān)重要。在該行業(yè)，“續(xù)航里程焦慮”已經(jīng)被普遍認(rèn)為是限制客戶對(duì)電動(dòng)汽車興趣的因素之一。新增電池容量是新增汽車?yán)m(xù)航里程的重要選擇。然而，受汽車空間和重量限制，可安裝的電池容量也是有限的，高能量密度成為實(shí)現(xiàn)長續(xù)航電動(dòng)汽車的關(guān)鍵所在。
此外，重型汽車電動(dòng)化的可行性將部分取決于未來能量密度的新增。如使用目前的鋰離子電池對(duì)長途重型貨車電動(dòng)化，貨車可長途運(yùn)載的貨物量將減少。
然而，能量密集型化學(xué)成分也要使用昂貴的原材料，如鈷。雖然早期我國境外出售的一些電動(dòng)汽車依賴于低能量密度電池——如首輛日產(chǎn)聆風(fēng)（Leaf）使用無鈷錳酸鋰（LMO），但汽車制造商在其最新電動(dòng)汽車型號(hào)上使用高能量密度電池來實(shí)現(xiàn)更高的續(xù)航里程。特斯拉是鎳鈷鋁酸鋰（NCA）正極材料的重要支持者。其他制造商使用鎳鈷錳酸鋰（NMC）。
自2016年以來，在倫敦金屬交易所（LME）交易的鈷價(jià)已翻了兩番多，在2018年三月達(dá)到9.55萬美元/噸的峰值。同樣地，碳酸鋰價(jià)格自2016年以來已翻了一番多，但近期一直在下降。自五月四日S&PGlobalPlatts推出電池級(jí)碳酸鋰估價(jià)以來，海運(yùn)市場價(jià)格已大幅下降，遠(yuǎn)低于最初估報(bào)的1.8萬美元/噸水平。
較高續(xù)航里程的電動(dòng)汽車使用NMC和NCA化學(xué)成分，兩者均偏向于使用氫氧化鋰，而非碳酸鋰。盡管需求在上升，但氫氧化鋰價(jià)格近期仍不斷下降，凸顯了鋰供應(yīng)充足的情況。事實(shí)上，對(duì)鋰供應(yīng)的擔(dān)憂已轉(zhuǎn)移到對(duì)鋰轉(zhuǎn)化能力的擔(dān)憂，即將原材料升級(jí)為電池所需的碳酸鋰和氫氧化鋰形式。
越來越多以鋰輝石和鹽湖鹵水為原料生產(chǎn)的鋰從澳大利亞、智利、阿根廷、玻利維亞和我國源源不斷地進(jìn)入市場。雖然我國和南美鹽湖鹵水總體上被指質(zhì)量較低，但它們的質(zhì)量可提升到電池級(jí)。S&PGlobalPlatts針對(duì)海運(yùn)市場和我國國內(nèi)市場電池級(jí)碳酸鋰的估價(jià)走軟，表明對(duì)近期供應(yīng)的擔(dān)憂在緩和，全部四項(xiàng)估價(jià)均低于首次估價(jià)水平。
鋰離子電池相對(duì)其他電池在交通運(yùn)輸電動(dòng)化上具備明顯優(yōu)勢
確保穩(wěn)定供應(yīng)
汽車制造商已嘗試鎖定鈷和鋰的原材料供應(yīng)，并取得不同程度的成功。今年早些時(shí)候，贛鋒鋰業(yè)與LG化學(xué)簽訂2019年至2025年期間的鋰產(chǎn)品供應(yīng)合同，并與特斯拉簽訂為期兩年的供應(yīng)合同，可選擇延長3年。不過，去年大眾公司為鎖定長期鈷供應(yīng)而要求簽訂為期10年的合同，最終未能如愿。鈷也面對(duì)集中風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榇蟛糠之a(chǎn)量和儲(chǔ)量位于剛果民主共和國。與此相反，鋰儲(chǔ)量分布較為廣泛，但智利和澳大利亞占2017年產(chǎn)量近8成。
值得注意的是，有關(guān)交通運(yùn)輸行業(yè)所用電池中的鋰，目前沒有真正的替代品。雖然電池行業(yè)使用各種形式的鋰——碳酸鋰或氫氧化鋰，但各種鋰離子電池化學(xué)成分中鋰的需求相差并不大。找到良好的替代品對(duì)電池行業(yè)來說并非易事。S&PGlobalPlattsAnalytics預(yù)計(jì)，到2025年電動(dòng)乘用車的鋰需求將新增到目前的10倍。
技術(shù)發(fā)展將有助于減少鈷的需求風(fēng)險(xiǎn)。電池制造商在新電池中以鎳替代部分鈷，以便減少對(duì)鈷的需求并新增能量密度。首輛寶馬i3的電池使用NMC3:3:3化學(xué)成分（即鎳、鈷、錳配比為3:3:3）。假如鈷價(jià)格翻一番，采用這一化學(xué)成分的電池成本將新增13%。不過，電池行業(yè)正向NMC6:2:2（鎳、鈷、錳配比為6:2:2）的化學(xué)成分轉(zhuǎn)移。這樣做將能減少鈷的需求，在鈷價(jià)格翻一番的情況下，電池價(jià)格將僅上升8%。
旨在進(jìn)一步減少、甚至可能完全消除電池中鈷含量的研究正在進(jìn)行中。該行業(yè)預(yù)計(jì)NMC8:1:1電池將在未來幾年內(nèi)商業(yè)化，但較低鈷含量引發(fā)的安全性擔(dān)憂可能會(huì)推遲這個(gè)進(jìn)度。
電池化學(xué)成分各有差異
雖然有幾家公司在研究無鈷化學(xué)成分，但電池領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步往往曠日持久，動(dòng)輒數(shù)十年。鈷為鋰離子電池供應(yīng)穩(wěn)定性，在保持高能量密度的同時(shí)難以完全移除。固態(tài)電池這類新技術(shù)可減少對(duì)鈷的需求，但距離大規(guī)模商業(yè)化還有很多年。鑒于電動(dòng)汽車的預(yù)期上升將超越此類技術(shù)進(jìn)步，中期內(nèi)仍將要新的鈷供應(yīng)。
最后，隨著電動(dòng)汽車進(jìn)入新的領(lǐng)域且在新車銷售中占比不斷新增，電池回收利用將成為一個(gè)重要話題。在廢物和可持續(xù)性相關(guān)擔(dān)憂及原材料稀缺風(fēng)險(xiǎn)推動(dòng)的回收利用方面，各國政府有可能發(fā)揮重要用途。汽車制造商通常為電池供應(yīng)10萬英里或8年質(zhì)保，但電池容量隨使用而下降，最終要更換。有關(guān)電池二次利用的討論越來越多，一些OEM廠商正研究將電動(dòng)汽車電池再用于電力存儲(chǔ)。
