來自汽車電池行業(yè)的重要利益相關(guān)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(jìn)汽車電池大會(huì)（AABC）。

此次活動(dòng)匯集了來自學(xué)術(shù)界和科學(xué)界的專業(yè)人員，以及來自電池供應(yīng)鏈各級(jí)供應(yīng)商和汽車制造商對(duì)車用電池感興趣的參與者。在現(xiàn)階段電動(dòng)汽車普及的轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，匯集各方專業(yè)意見，并熱切關(guān)注電池行業(yè)目前面對(duì)的挑戰(zhàn)。本文重點(diǎn)將介紹會(huì)議上有關(guān)電動(dòng)汽車電池技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵主題。

穩(wěn)定性、可循環(huán)性和安全性

實(shí)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(xué)術(shù)界和工業(yè)界合作研究項(xiàng)目的重要焦點(diǎn)。來自美國能源部下屬創(chuàng)新中心儲(chǔ)能研究聯(lián)合中心（JCESR）的VenkatSrinivasan在會(huì)上介紹了其團(tuán)隊(duì)的研究項(xiàng)目，已經(jīng)打造了四種具有應(yīng)用前景的下一代電池原型（鋰硫電池、多價(jià)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(xué)實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用的可能性。

不過他重申，對(duì)電池級(jí)缺陷建模的根本挑戰(zhàn)以及了解其影響是他們團(tuán)隊(duì)工作的一個(gè)關(guān)鍵重點(diǎn)。由太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室（pNNL）JunLiu領(lǐng)導(dǎo)的Battery500聯(lián)盟，繼續(xù)朝著鋰離子電池能量密度達(dá)到500瓦時(shí)/千克和成本價(jià)格降低至100美元/千瓦時(shí)的長期目標(biāo)而不斷努力。雖然目前鋰鎳錳鈷電池的能量密度達(dá)到了350瓦時(shí)/千克，但要在這種能量密度下實(shí)現(xiàn)可循環(huán)性目標(biāo)仍面對(duì)著關(guān)鍵挑戰(zhàn)。盡管如此，對(duì)液體以及固體電解質(zhì)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(guān)于將硅材料作為未來電池陽極材料的市場(chǎng)準(zhǔn)備情況提出了不同的看法。美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的AnthonyBurrell介紹了其團(tuán)隊(duì)的研究成果，旨在提高能源密度并降低成本的同時(shí)，克服當(dāng)前可循環(huán)性方面的關(guān)鍵限制。關(guān)于他的團(tuán)隊(duì)來說，由于充/放電過程中的膨脹/收縮導(dǎo)致了臨界硅電解質(zhì)界面（SEI）的不穩(wěn)定，這些問題尚未得到解決。

用硅酸鋰進(jìn)行的研究并沒有改善循環(huán)過程中的穩(wěn)定性，同時(shí)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(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，展示了其可量產(chǎn)的金屬基SM-Silicon/3590陽極材料，該材料既具有基礎(chǔ)材料的產(chǎn)量潛力，同時(shí)也具有石墨那樣的穩(wěn)定性和價(jià)格潛力。paraclete聲稱自己的硅陽極材料是唯一技術(shù)成熟度達(dá)到TR9的材料，并且該公司提出了一個(gè)積極目標(biāo)：到2020年，將其制造廠面向汽車應(yīng)用的產(chǎn)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(cè)重于商業(yè)方面的相關(guān)主題中，汽車制造商們?cè)跁?huì)議第一天就介紹了他們重點(diǎn)關(guān)注降低成本的同時(shí)，確保供應(yīng)鏈的可持續(xù)性。寶馬公司的peterLamp博士在會(huì)上強(qiáng)調(diào)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(gè)關(guān)重視點(diǎn)，他們正在對(duì)改進(jìn)陰極材料開展獨(dú)立研究，以NMC811為基準(zhǔn)，探索替代電解質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑和負(fù)載。寶馬還認(rèn)為，電動(dòng)汽車的行駛里程目標(biāo)將在2025年前實(shí)現(xiàn)，這意味著在那之后不要進(jìn)一步提高能源密度；只要降低成本。

戴姆勒北美公司的TobiasGlossmann關(guān)注的是供應(yīng)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(dòng)機(jī)發(fā)展過程中，銅價(jià)格波動(dòng)和稀土元素供應(yīng)鏈限制方面的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，將開發(fā)鋰硫電池作為可持續(xù)解決方法的重點(diǎn)。要克服的關(guān)鍵問題包括鋰陽極金屬的安全性，這在轉(zhuǎn)移到固態(tài)電解質(zhì)時(shí)可以解決。

固態(tài)電池技術(shù)成熟

毫無疑問，固態(tài)電池的技術(shù)成熟度即使不是本次會(huì)上最重要的主題，也是較為重要的主題之一。固態(tài)電解質(zhì)的重要優(yōu)點(diǎn)（更高的能量密度、耐燃性）已被眾多業(yè)內(nèi)人士重申，目前業(yè)界似乎專注于將鋰金屬基電解質(zhì)從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)。然而這是通過鋰離子基電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)的，要實(shí)現(xiàn)前文中提到的能量密度達(dá)到500瓦時(shí)/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(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，他表示，要同時(shí)轉(zhuǎn)向更安全的固態(tài)電解質(zhì)以及具有更高能量密度的金屬鋰化學(xué)材料。SES展示了到2020年利用NMC和CNT基陰極化學(xué)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的路線圖。這家供應(yīng)商希望將其超薄鋰金屬箔陽極推向市場(chǎng)，并聲稱這將為鋰枝晶控制帶來根本性突破。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在無人機(jī)上得到了初步的商業(yè)應(yīng)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(dāng)前汽車電池中的應(yīng)用。不過，該公司已經(jīng)在四輪電動(dòng)汽車的應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了400次循環(huán)時(shí)保留85%的電池容量。

為了在離子電導(dǎo)率、界面穩(wěn)定性、電解質(zhì)的枝晶電阻、可實(shí)現(xiàn)的陽極厚度以及最重要的、可能的量產(chǎn)工藝之間取得最佳平衡，人們繼續(xù)提出了基礎(chǔ)固態(tài)化學(xué)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(chǎn)一致性方面非常復(fù)雜，固態(tài)電池供應(yīng)商進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了在加工固態(tài)電解液時(shí)面對(duì)的挑戰(zhàn)——即使是在現(xiàn)有產(chǎn)量較低，重要為了證明概念性應(yīng)用的情況下也是如此。另一個(gè)有待克服的關(guān)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(yīng)商A123Systems介紹了該公司在10Ah固態(tài)電池生產(chǎn)方面取得的成績，并公布了到今年年底實(shí)現(xiàn)50-60Ah電池的生產(chǎn)路線圖；到2020年將公布相關(guān)產(chǎn)品的樣品；并且計(jì)劃到2022-2023年，為其汽車制造商客戶實(shí)現(xiàn)固態(tài)聚合物電池量產(chǎn)。不過，低溫環(huán)境下的性能仍然是其最嚴(yán)重的未知問題，有一種說法是，這個(gè)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(yīng)鏈

眾多大宗商品市場(chǎng)參與者出席本次會(huì)議，為重要的化學(xué)與廠領(lǐng)域供應(yīng)了一個(gè)有趣的解決方法，同時(shí)將大家的注意力集中到獨(dú)特的電池供應(yīng)鏈動(dòng)態(tài)方面。支持電動(dòng)汽車的商業(yè)案例是要實(shí)現(xiàn)可盈利且可持續(xù)的電池制造，這要一個(gè)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(chǎn)商、加廠和物流公司。

雖然對(duì)所需原材料的基本供應(yīng)情況似乎并不太擔(dān)心，但假如要以當(dāng)前的價(jià)格開采和加工這些原料的商業(yè)案例以及就鎖定供應(yīng)達(dá)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(jià)格來開采原材料。此外，事實(shí)就是關(guān)鍵原材料可盈利的大規(guī)模加工仍是我國主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)。因此，由于國內(nèi)缺乏原材料和/或可盈利的生產(chǎn)加工能力，重要汽車生產(chǎn)市場(chǎng)將繼續(xù)依賴進(jìn)口，同時(shí)大量加工過的原材料將花費(fèi)較長時(shí)間運(yùn)至全球各地，這一過程將會(huì)提高電池的總體生產(chǎn)成本。

盡管在鈷原料方面有許多已知的供應(yīng)擔(dān)憂，但由于價(jià)格下降以及人們對(duì)富鎳陰極的日益關(guān)注，其中許多擔(dān)憂已經(jīng)消退，預(yù)計(jì)在未來10年，富鎳陰極將變得更加流行。不過，一些業(yè)內(nèi)專家也對(duì)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(jí)（純）鎳方面，據(jù)了解，目前的電池100%情況下都要用到鎳。

預(yù)計(jì)在2025年左右，鎳的需求量將超過供應(yīng)量，除非同時(shí)依靠棕地鎳礦和綠地鎳礦，否則項(xiàng)目將無法及時(shí)投產(chǎn)以滿足不斷上升的需求。除非位于印度尼西亞的鎳礦項(xiàng)目產(chǎn)量能夠大幅提升，否則鎳的供應(yīng)量將逐漸減少；高等級(jí)鎳鐵合金的浸出可用于生產(chǎn)一級(jí)鎳；另外硫酸鎳（NiSO4）也可以作為替代品?；厥盏亩?jí)鎳（大多在菲律賓）可以作為非電動(dòng)汽車相關(guān)應(yīng)用的替代品，一定程度上緩解供應(yīng)限制。

盡管如此，其他與會(huì)者表示鋰、鈷和錳等其他關(guān)鍵材料的需求也并非沒有風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)FastMarketResearch分析師WilliamAdams的預(yù)測(cè)，到2023年至2024年左右，鋰的價(jià)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(yīng)將隨著價(jià)格上漲而逐步上升。不過，仍存在一個(gè)重要問題，即考慮到當(dāng)前價(jià)格仍然較低，采礦公司是否會(huì)加大投資以應(yīng)對(duì)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(chǔ)量豐富，使其價(jià)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(duì)類似的擔(dān)憂。BASF預(yù)計(jì)將在2020年推出NMC370陰極，同時(shí)高密度NMO陰極將繼續(xù)成為其研發(fā)工作的重點(diǎn)。正如MarcoRomero介紹的那樣，位于捷克共和國的Chvaletice錳礦項(xiàng)目將有望解決這些問題。

最后，業(yè)內(nèi)關(guān)于鈷原料存在著廣泛的爭論。雖然穩(wěn)定的供應(yīng)預(yù)計(jì)在短時(shí)間和中期將是足夠的，不過OceanMinerals介紹了一個(gè)有趣的未來項(xiàng)目，重點(diǎn)關(guān)注其對(duì)NMC的貢獻(xiàn)預(yù)計(jì)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(jié)核項(xiàng)目潛在的鈷供應(yīng)量可達(dá)到250萬噸，該公司對(duì)其中100萬噸儲(chǔ)量擁有專有權(quán)。這是一項(xiàng)更廣泛調(diào)查工作的一部分，這些調(diào)查已經(jīng)確認(rèn)，全球海底可獲得的鈷儲(chǔ)量估計(jì)為1.45億噸。OceanMinerals首席運(yùn)營官HansSmit進(jìn)一步概述了該項(xiàng)目，有望在2026年正式投產(chǎn)，很大程度上利用現(xiàn)有技術(shù)