截至 2021 年 1 月，宣布計(jì)劃到 2025 年在各個(gè)地區(qū)和公司生產(chǎn)電池。歐洲市場宣布電池生產(chǎn)。韓國企業(yè)為歐洲企業(yè)設(shè)定了 48GWh、中國企業(yè) 48GWh、特斯拉 48GWh 的目標(biāo)。當(dāng)時(shí)，市場所需產(chǎn)能處于供過于求的水平。
然而，在此期間發(fā)生了許多變化。汽車制造商正爭先恐后地制定向電動(dòng)汽車過渡的路線圖，宣布實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的時(shí)機(jī)。在當(dāng)前氣候下，2030年后純電動(dòng)汽車的市場份額可能超過50%。
在此背景下，2021 年 7 月和 8 月歐美出現(xiàn)政策變化。歐盟委員會(huì)決定到 2030 年將溫室氣體排放量減少 55%，到 2035 年禁止銷售包括混合動(dòng)力汽車在內(nèi)的柴油汽車。一項(xiàng)名為“邊境碳調(diào)整措施”（CBAM）的新“邊境碳稅”將于 2023 年出臺(tái)。它還旨在到 2030 年將所有行業(yè)的二氧化碳排放量與 1990 年的水平相比減少 55%。這比 2019 年設(shè)定的 40% 目標(biāo)有所增加。
8 月，美國發(fā)布行政命令，指定到 2030 年銷售的新車（乘用車和輕型卡車）中有 50% 以上為電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEV）和燃料電池汽車（FCV） . 不包括混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。美國這些政策變化的影響遠(yuǎn)大于歐洲法規(guī)的影響。中國正在加速向純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車和氫燃料電池電動(dòng)汽車過渡。
電池原材料和安全問題正在上升
與此同時(shí)，人們對電池（電池電動(dòng)汽車的能源）的興趣越來越大。第二件事是由于原材料價(jià)格上漲導(dǎo)致電池價(jià)格飆升導(dǎo)致的安全性，例如火災(zāi)案件數(shù)量的增加。
這首先發(fā)生在一直引領(lǐng)電動(dòng)汽車市場的中國。上個(gè)月，由于鋰生產(chǎn)成本上升，比亞迪宣布將電池價(jià)格提高 20%。與2020年12月相比，作為電動(dòng)汽車電池生產(chǎn)核心的正極材料鈷酸鋰價(jià)格上漲了一倍以上，電解液價(jià)格上漲了150%以上。
5 月，國際能源署 (IEA) 預(yù)測，到 2030 年，全球鋰和鈷的供應(yīng)量將只能滿足預(yù)計(jì)需求的一半。銅產(chǎn)量比消費(fèi)水平低 25%。彭博新能源財(cái)經(jīng)預(yù)計(jì)，到今年年底，全球鋰消費(fèi)量將增長五倍。
其中，以NMC（鎳錳鈷）和NCA（鎳鈷鋁）為主要材料的鎳鈷競爭愈演愈烈，對漲價(jià)的擔(dān)憂也愈演愈烈。鈷尤其面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。盡管鎳是一種相對豐富的資源，但也有預(yù)測稱，從2030年開始，鎳將變得稀缺。為此，一些企業(yè)實(shí)施了區(qū)分低端和高性能高端汽車原材料的策略。
其次，它涉及安全，例如火災(zāi)。由于現(xiàn)代和通用汽車的召回，LG 已經(jīng)支付了巨額損失。LG電池隔膜不穩(wěn)定引發(fā)的火災(zāi)事故，也讓全固態(tài)電池再次成為研究對象。
特別是中國電動(dòng)自行車（滑板車）保有量超過3億輛，僅今年1-9月就發(fā)生火災(zāi)1.03萬起。大約80%的事故發(fā)生在電池充電過程中，其中大部分是鋰電池著火造成的。與汽車電池一樣，充電時(shí)著火的事故非常多。雖然鋰電池具有高能量密度，但電解液的高可燃性是一個(gè)重要的點(diǎn)火因素。
磷酸鐵鋰電池或替代三元鋰電池？
現(xiàn)在對電池的要求是安全性、續(xù)航里程、價(jià)格和能量密度。1990年出現(xiàn)的鋰離子電池主要用于代替鉛酸電池。簡而言之，電解液之間的隔膜問題影響到安全性、鋰、鈷、錳等原材料和鋁的供需連續(xù)性，以及由此產(chǎn)生的電池。價(jià)格問題是挑戰(zhàn)。
鋰離子電池是放電時(shí)鋰離子從負(fù)極移動(dòng)到正極，充電時(shí)鋰離子從正極移動(dòng)到負(fù)極并找到自己位置的電池。
鋰離子電池具有能量密度高、無記憶效應(yīng)、不使用時(shí)自放電??小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)等便攜式電子設(shè)備中。此外，利用高能量密度的優(yōu)勢，其在國防工業(yè)、自動(dòng)化系統(tǒng)和航空工業(yè)中的使用頻率正在逐漸增加。然而，由于這種鋰離子電池使用不當(dāng)可能會(huì)引起火災(zāi)，因此已經(jīng)從多個(gè)角度提出了解決該問題的方法。
例如，磷酸鐵鋰（LFP：（）電池，以中國比亞迪、寧德時(shí)代等為首）磷酸鐵鋰電池的續(xù)航里程比常用的鋰錳鈷（LMC）鋰離子電池短，但更安全、更安全。更便宜。雖然能量密度低，但比亞迪研發(fā)了刀片電池來彌補(bǔ)。據(jù)稱，該電池組的空間利用率比傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰塊狀電池高出50%以上。它還具有不易被點(diǎn)燃的優(yōu)點(diǎn)。
眾所周知，LFP 電池即使在溫度達(dá)到 500°C 時(shí)也很穩(wěn)定，而 LMC 鋰電池在 200°C 左右開始化學(xué)反應(yīng)。
為了利用這些優(yōu)勢，包括比亞迪、寧德時(shí)代在內(nèi)的電池制造商和供應(yīng)商都在積極開發(fā)磷酸鐵鋰電池。該院表示，寧德時(shí)代與磷酸鐵鋰材料公司深圳電力簽訂了18億元的合同，華源鈦白決定投資121億元建設(shè)年產(chǎn)50噸磷酸鐵鋰材料的設(shè)施。
2020年中國市場磷酸鐵鋰電池裝機(jī)總量為24383兆瓦時(shí)，同比增長20.6%。其結(jié)果是，磷酸鐵鋰電池在中國電池市場的份額提升到了39%左右。特斯拉在國產(chǎn)車型中也使用了磷酸鐵鋰電池。近日，繼大眾和福特之后鋰離子動(dòng)力蓄電池規(guī)格，奔馳也宣布將搭載在包括EQS在內(nèi)的多款純電動(dòng)汽車上，市場規(guī)模不斷擴(kuò)大。中低價(jià)位車型計(jì)劃安裝寧德時(shí)代磷酸鐵鋰電池，高性能奔馳AMG除外。現(xiàn)代汽車公司也決定使用比亞迪的刀片電池。
特斯拉的埃隆馬斯克也表示，標(biāo)準(zhǔn)范圍的電動(dòng)和家用電池將轉(zhuǎn)向 LFP。
高盛還預(yù)測 LFP 系統(tǒng)將變得越來越重要，另一家電池研究公司預(yù)測，到 2030 年，它可能占 EV 電池的 20-40%。
LFP系統(tǒng)主要由中國電池廠商生產(chǎn)，成本比日韓電池廠商開發(fā)的NMC（鎳、錳、鈷）和NCA（鎳、鈷、鋁）系統(tǒng)低20%左右。作為一種強(qiáng)調(diào)能量密度的手機(jī)電池，有很多觀點(diǎn)認(rèn)為LFP系統(tǒng)最終會(huì)取代NMC系統(tǒng)和NCA系統(tǒng)。
目前，磷酸鐵鋰電池使用最多的是上海通用五菱的宏光MINI電動(dòng)車。以2.88萬元的價(jià)格超越特斯拉，位居中國市場第一。
圍繞下一代電池的變化
第一個(gè)作為磷酸鐵鋰電池的替代品出現(xiàn)的是全固態(tài)電池。通過在電池的陽極和陰極之間使用固體而不是液體作為電解質(zhì)，全固態(tài)電池被評估為耐熱和抗外部沖擊。出于這個(gè)原因，不久前，人們甚至認(rèn)為全固態(tài)電池將改變游戲規(guī)則。
現(xiàn)有鋰離子電池的能量密度為255Wh/kg。另一方面，全固態(tài)電池理論上能量密度高達(dá)495Wh/kg，備受關(guān)注，包括豐田在內(nèi)的多家企業(yè)都在進(jìn)行研發(fā)。一些公司的目標(biāo)是 1000 WH/kg。
韓國產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院還宣布，2019年將開發(fā)能量密度約445 Wh/L的雙極全固態(tài)電池制造技術(shù)，可大幅縮小電池組體積，同時(shí)消除爆炸和火災(zāi)。
三星SDI研究硫化物基固體電解質(zhì)材料并開始開發(fā)大型固態(tài)電池，而LG化學(xué)則專注于凝膠聚合物材料基鋰聚合物電池和曲面鋰離子電池的研究。
2020年12月，大眾投資的美國也公布了15分鐘可充電至80%的全固態(tài)電池成果。
豐田表示將在 2020 年東京車展上展示一款搭載全固態(tài)電池的車型，但仍有很多技術(shù)問題需要解決，因此尚未量產(chǎn)。
與此同時(shí)，以開發(fā)全固態(tài)電池而聞名的美國SES（Solid）于2021年11月4日通過其在線活動(dòng)“The 1st SES World”推出了鋰金屬電池。107Ah電池包含溶劑鹽電解質(zhì)，這是一種介于現(xiàn)有鋰離子和全固態(tài)電池之間的混合鋰金屬。SES解釋說，這是全球首次發(fā)布超過100Ah的鋰金屬電池。
由于容量高但性能較差，目前還沒有一種全固態(tài)電池能夠滿足能量密度、安全性和性能。出于這個(gè)原因，現(xiàn)實(shí)情況是許多公司正在開發(fā)混合形式，而不是全固體。通用汽車、現(xiàn)代起亞、吉利、LG、SK 和上海汽車正在投資 SES。顯然，電池技術(shù)正面臨一個(gè)新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
汽車制造商正在內(nèi)部化電池
值得注意的是，今年汽車制造商對電池技術(shù)的看法發(fā)生了很大變化。從此前為松下供應(yīng)18650和21700圓柱電池的特斯拉，通過2020電池日宣布與松下聯(lián)合開發(fā)4860電池，可以看出，目前還沒有一家車企自主研發(fā)電芯。眾所周知，特斯拉目前正在考慮轉(zhuǎn)向鋰離子電池。
以下是汽車制造商如何開始認(rèn)真研發(fā)與下一代電池相關(guān)的時(shí)間順序。
豐田于 1996 年成立了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電池生產(chǎn)公司 Prime Earth EV，并于 2020 年 2 月成立了電池業(yè)務(wù)合資企業(yè) Prime &。然后，在 2021 年 9 月，決定在汽車電池方面投資 1.5 萬億日元（1.5 萬億美元） 2030年。其中，1萬億日元將用于將產(chǎn)能提高到2億千瓦時(shí)，是現(xiàn)有產(chǎn)能的33倍。
寶馬于 2019 年在慕尼黑開設(shè)了電池開發(fā)能力中心，并正在開發(fā)下一代電池。除了選擇材料外，它還旨在開發(fā)技術(shù)，到 2030 年使能量密度翻倍。
梅賽德斯-奔馳還宣布將于2021年3月生產(chǎn)自己的電池。它已在總部位于德國斯圖加特的主要基地投資數(shù)億歐元，并宣布將于2023年開始小規(guī)模生產(chǎn). 梅賽德斯一直從 LG Chem 和 CATL 收到電池，并且一直對自己的生產(chǎn)持負(fù)面態(tài)度。當(dāng)然，這并不能完全改變政策。它尋求通過以外部采購為中心的內(nèi)部生產(chǎn)來提高質(zhì)量。
福特還于 2021 年 4 月宣布，將在密歇根州東南部建立一個(gè)名為福特離子公園的全球電池中心，以生產(chǎn)自己的電池。它的目標(biāo)是在 2022 年底前投入運(yùn)營，并計(jì)劃開發(fā)和制造鋰離子和固態(tài)電池。同樣，我們正在投資 Solid Power。
2021 年 9 月，大眾汽車集團(tuán)在德國薩爾茨吉特開設(shè)了電池研究中心，以進(jìn)一步擴(kuò)展其在電池技術(shù)方面的專業(yè)知識，并開發(fā)和生產(chǎn)自己的電動(dòng)汽車電池。大眾汽車集團(tuán)及其合作伙伴計(jì)劃到 2030 年在歐洲運(yùn)營 6 家電池工廠，產(chǎn)能達(dá)到 240 GWh。未來，它計(jì)劃在德國薩爾茨吉特生產(chǎn)年產(chǎn)能 40GWh 的電池。新的集成電池有望協(xié)同工作并將電池成本降低多達(dá) 50%。
2021年10月，通用汽車將在密歇根州沃倫市開設(shè)威利斯電池創(chuàng)新中心，以加速鋰金屬和硅等新技術(shù)以及先進(jìn)電池的開發(fā)。通用汽車目前擁有 2,000 多項(xiàng)與電動(dòng)汽車電池技術(shù)相關(guān)的專利，其中包括 60 項(xiàng)專利和商業(yè)機(jī)密鋰離子動(dòng)力蓄電池規(guī)格，以及 46 項(xiàng)正在申請中的專利，這些專利涉及對未來電池發(fā)展很重要的領(lǐng)域，例如鋰金屬電解質(zhì)、陰極、陽極和粘合劑。華萊士中心希望制造能量密度在每升 600 到 1200 瓦時(shí)的電池和電池活性材料等關(guān)鍵電池組件。
在LG Chem、SK On、三星SDI等世界級電池制造商的支持下，現(xiàn)代汽車集團(tuán)在美國投資了Ionic和Solid Power，2018年成為電池開發(fā)商， 2021年Solid Power 與美國合作開發(fā)全固態(tài)電池的Power也在投資SES。并于11月決定與首爾國立大學(xué)共同建立電池研究中心。在這里，將在電池管理系統(tǒng)（BMS）、全固態(tài)電池（SSB）、鋰金屬電池（LMB）和電池工藝技術(shù)四個(gè)領(lǐng)域開展聯(lián)合研究。
下一代電池被認(rèn)為是第二種存儲(chǔ)半導(dǎo)體。從各家企業(yè)的動(dòng)向可以看出，大部分都在專注于基于現(xiàn)有企業(yè)電芯技術(shù)的電池包的研發(fā)和生產(chǎn)。盡管如此，該公司仍表現(xiàn)出長期內(nèi)化電池技術(shù)的意愿，考慮到如果繼續(xù)下去，現(xiàn)有的兩三個(gè)大玩家很可能會(huì)占領(lǐng)大部分市場。
電池電動(dòng)汽車業(yè)務(wù)在 10 年前還是一個(gè)中小型企業(yè)，如今已成為全球所有汽車制造商的核心。
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