宁德时代和松下等竞争新一代车载电池

日经中文网·2022-01-20 11:04
特斯拉和比亚迪瞄准磷酸铁锂电池

为了减少稀有金属的使用量,电池厂商和汽车厂商正在加快新一代电池的开发。松下在不使用钴的高容量电池的实用化方面拿出时间表,全球最大的车载电池企业中国宁德时代新能源科技(CATL)则积极开发使用容易采购的钠的电池。

宁德时代积极发展锂离子电池

作为钠离子电池,这是现阶段世界最高水平——宁德时代的研发部门高管在2021年7月底召开的发布会上这样强调。钠离子电池通过钠离子在电极之间移动进行充放电。作为锂的替代,将采用能从海水中提取的廉价的钠。

宁德时代计划2023年实现实用化。每公斤的容量现在为160瓦时,但今后将增至200瓦时。虽然容量小于锂离子电池,但东京大学的山田淳夫教授说:“除了可实现快速充电等优点之外,还有望降低成本”。

宁德时代还将积极确保稀有金属。除了有意收购从事锂开发的加拿大企业之外,4月宣布向在刚果民主共和国拥有钴矿山权益的中国企业出资,还决定投资澳大利亚的锂资源企业PilbaraMineralsLimited。美国特斯拉则在美国内华达州取得包含锂的粘土矿床的权益,韩国现代汽车和LG化学将在镍生产国印度尼西亚新建电池工厂,世界级大型企业都在积极采取行动。

“不买矿”的松下不使用钴也能实现高容量

另一方面,松下则与投资矿山权益保持距离。松下一位高管表示,“不会购买‘矿山’,因为曾在硅矿山上吃了大亏”。过去松下旗下的原三洋电机,由于太阳能电池材料的硅供不应求,签署了长期购买合同,但随后行情下降,偏高的采购价格挤压了盈利。如果稀有金属降价,将面临权益的价值缩水风险。

松下积极开发的是不使用钴的独特的高容量电池,计划2~3年后投入市场。松下电池业务的高层只信一生表示,“技术开发已经完成,只要有客户需要,即可启动量产”。

丰田和日产汽车将开发把电解液改为固体的“全固态电池”。由于安全性提高,还能使用减少钴的正极材料等难以加工的零部件。如果实现大容量化,还将减少单位容量的稀有金属使用量。

“力争2028年投入市场,正在自主开发全固态电池”,日产社长兼CEO内田诚在11月29日召开的说明会上如此表示。日产计划投入总额2万亿日元,在2030年度之前推出15款纯电动汽车,将全固态电池定位为王牌。

不过,从全固态电池来看,电阻在电极和电解质的交界处变大和制造工序仍未确定等课题很多,东京大学的山田淳夫教授指出,“实用化仍需要较长时间”。松下的只信一生也表示,“全固态电池将推进基础研究,但首先将专注于(现有的)液态电池的发展”。

其他行业的企业也已涉足新一代电池开发。日本电气硝子将开发“全固态钠离子电池”。充放电的机制与宁德时代的钠离子电池相同,但改为全固态电池,将提高安全性。11月18日宣布开发出了负极材料,随后股价一度较前一日上涨10%,涨至3010日元。

日本制纸则力争推进“木质电池”的实用化。利用从造纸原料纸浆中提取的纤维表面凹凸吸附电子这一性质,进行充放电。将到2030年面向智能手机等实现实用化,还将应用于纯电动汽车。

稳定采购比容量更重要,特斯拉和比亚迪瞄准磷酸铁锂电池

“标准续航距离的车型将全部转向铁类正极”,美国特斯拉的首席执行官埃隆·马斯克在10月的股东大会上如此表示。铁类正极指的是将锂、铁和磷作为材料的正极,被称为“磷酸铁(LFP)”。电池的容量变小,但不使用钴,价格低廉。虽然略微逊色于面向充电一次能行驶较长距离的电池的镍类正极,但由于资源价格走高而正在提高存在感。

高盛证券3月对中国纯电动汽车大型企业比亚迪(BYD)给出“买入”评级。比亚迪也是电池企业,提出将经营资源集中于LFP电池的方针。截至2020年,采用LFP正极的车载电池在世界上仅占约2成,但分析师汤泽康太认为“到2030年,在新兴市场国家销售的纯电动汽车中,便宜的LFP的采用比率将达到50%”。

比亚迪也将瞄准磷酸铁锂电池

LFP正极主要被中国的电池企业采用,宁德时代向特斯拉供应采用LFP正极的电池。据称正极材料占到电池成本的3~4成,特斯拉等希望增加LFP电池的配备车型,降低纯电动汽车的制造成本。采用镍和钴的类型相继发生起火事故,这也给安全性比较高的LFP电池带来东风。

从正极材料来看,住友金属矿山和日亚化学工业等日本企业的市场份额较高,但具有优势的是采用镍和钴的电池。LFP电池有住友大阪水泥涉足,但最大LFP电池制造商德方纳米科技有限公司等中国企业具有优势。

另一方面,也出现日本企业涉足铁类正极材料的趋势。太平洋水泥正在开发被称为磷酸锰铁锂(LMFP)的正极材料。能使电池的容量比LFP提高约2成。利用了通过混凝土产品的生产而积累的技术。目前已建造验证设备,探索向数据中心和纯电动汽车供货。

欧洲拉动的再利用:JX金属和住友金属矿山积极推进

欧盟(EU)2020年12月发布的纯电动汽车(EV)用电池管理新规给世界造成了冲击。原因是针对被用于锂离子电池的稀有金属,提出了提高再利用材料比率的方针。要求在2030年之前针对用于正极材料的钴提高至12%,锂和镍分别达到4%。意在将宝贵的资源纳入欧洲区域内的供应链。

日本ENEOS控股旗下的JX金属将根据欧洲的动态采取行动。8月在德国设立回收锂离子电池的新企业,计划最早2022年秋季使提取稀有金属的验证设备投入运行。将采用利用化学试剂提取相关金属的“湿式”技术。

JX金属在日本国内,已开始将从电池中提取及进行再利用的硫酸镍作为电池材料提供,已开始构建着眼于车载电池大量淘汰时代的体制。电池材料和再利用业务推进室的室长佐藤利秋表示,“有助于资源循环利用和稳定采购”。

JX金属一直推进电池再利用的验证

欧洲企业也在积极推进回收利用。德国大众和宝马出资的瑞典电池企业Northvolt计划在数年内起用废电池处理能力达到每年12.5万吨的工厂。据称能利用再利用资源生产相当于电池工厂产能一半的每年30吉瓦时(GWh)。

在北美,涉足电池回收利用的初创企业的行动活跃。美国特斯拉的联合创始人设立的美国Redwood Materials公司力争到2025年利用再利用原料制造可供100万辆汽车使用的电池材料,与美国福特汽车9月就回收等展开合作。美国通用汽车(GM)与加拿大的Li-Cycle合作,推进有助于再利用原料的稳定采购的措施。

日本企业在技术实力方面并不逊色。正极材料大型企业住友金属矿山在世界上最早掌握了加热粉碎车载电池粉末,以低成本提取铜、镍、钴和锂的技术。通过调整氧气浓度和温度等,能选出相应的金属。与杂质一起分离的锂也能通过化学处理高效提取。

以锂为例,即使矿山提取材料的交易价格降至1公斤5~6美元,也能维持成本竞争力,如果是镍和钴,即使价格降至与过去的行情低迷期相同的程度,再利用材料也具有优势。主导研究开发的该公司浅野聪针对前景认为,“(欧洲电池管理新规落实后)将出现再利用原料的争夺。将为能赢得竞争而不断努力”。

国际能源署(IEA)认为,纯电动汽车和插电式混合动力车的全球销量到2030年达到1亿4500万辆,相比目前的1000万辆出现激增。纯电动汽车用电池在使用10年后,容量将降至7~8成,需要更换。丰田与世界最大车载用电池厂商中国宁德时代新能源科技(CATL)包括回收利用在内展开合作,同时在日本国内也将致力于混合动力车的电池材料的再利用。

锂离子电池以采用镍、锰和钴的类型为主流。包括用于负极的铜在内,金属产地分布不均,价格也不稳定。如果能广泛回收二次原料,与源自矿山相比,还具备减少二氧化碳排放量的优点。回收利用从经济安全保障的角度来看也很重要,同时还是日本技术实力大显身手的领域。

本文来自微信公众号“日经中文网”(ID:rijingzhongwenwang),作者:日经中文网,36氪经授权发布。

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