中国正在主导锂离子电池生产,并以惊人的速度建造工厂,欧洲也紧随其后,目标是到2025年成为第二大电池生产地区。尽管美国拥有更多的技术创新,但它需要大步追赶。

随着世界各国政府承诺减少温室气体排放,电池已经上升到政策讨论的前沿。预计到2030年,全球电动汽车电池市场规模将达到近1万亿美元,美国、中国和欧洲正竞相在大规模生产更廉价、更高效和更安全电池的竞争中占据一席之地。

中国正在主导锂离子电池生产,并以惊人的速度建造工厂,欧洲也紧随其后,目标是到2025年成为第二大电池生产地区。尽管美国拥有更多的技术创新,但它需要大步追赶。

锂离子电池的制造依赖于石墨、锂、钴等关键材料。这些材料用于今天的活性阴极材料,这些化学成分出现在以下高性能电池中:锂离子电池、固态电池和硅电池。

中国的主导地位

2019年,中国化工企业占全球电池原材料总产量的80%。到2029年,将有136家计划中的锂离子电池工厂建成,其中101家位于中国。刚果的钴矿(绝大多数钴金属都产于刚果)由中国垄断。

还有,中国一直在购买澳大利亚和南美洲的采矿业务的股份,这两个地区是世界上锂储量最多的地区。事实上,中国的天齐锂业目前拥有世界上最大锂储量的51%。

到2023年,欧洲的锂离子电池生产能力将超过美国。到2023年,欧洲的电动汽车电池需求将超过每年200GWh,到2028年将达到400GWh。

此外,欧洲的锂离子电池容量份额将从2020年的6%上升到2025年的25%,中国的预期份额可能从77%下降到65%。

尽管美国在主导市场的锂离子电池技术方面处于领先地位,但缺乏国家战略一直阻碍着该国的电池生产。

为了解决这一问题,美国能源部2021年6月发布了《国家锂电池蓝图》,指导开发国内价值链的投资。该计划包括材料回收、加快国内采矿工作以解决日益严重的材料短缺,以及寻找制造不含钴和镍的锂离子电池的方法。

另外,能源部还计划向电动汽车生产设施提供170亿美元的贷款,而拜登政府已承诺提供1亿美元用于新供应链的人力开发。

随着全球领先的汽车制造商在电气化方面加倍努力,预计电池需求将非常强劲,到2030年左右,电池产量将难以跟上需求的步伐。对美国和欧洲来说,在制造规模和材料供应方面与中国竞争的努力,可能会更有效地转向电池创新。

重新思考结构

毫无疑问,实现大规模电气化需要比目前市场上的电池续航时间更长、充电速度更快的电池。在过去几十年里,提高电池性能的大部分努力都集中在化学方面。这导致了逐步的改进,对占主导地位的锂离子电池的调整使我们转向了固态电池,许多人认为这是电池性能的下一步变化。

然而,固态电池的大规模商业化仍需至少十年时间,成本也依然是个问题。但还有另一种方法直到最近才受到重视,它可以帮助提高任何电池的化学性能,无论是现有的还是正在研发中的:重新思考电池的物理架构。

例如,从传统的2D电极结构过渡到3D结构,阳极和阴极都能产生更高的能量和更高的功率性能,解决了电池行业仍然困扰的两个挑战:功率-能量的权衡和阴极-阳极的不匹配。

当然,克服制造和材料供应方面的挑战仍然是关键因素。

我们看到越来越多的电池行业的人工智能应用和制造业自动化在这方面显示出巨大的前景。归根结底,电池创新是一种整体的方法,那些开发和采用对性能影响最大、成本最低、与现有制造基础设施兼容的技术的国家,将在电池竞赛中领先。

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