中国引领全球动力电池供应竞争

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中国引领全球动力电池供应竞争

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电池供应是电动汽车发展的致命弱点

据估计,到2030年,电池需求将增加14倍,相当于40到60个特斯拉超级工厂

中国是全球电池供应竞争的领导者

目前,一个巨大的超级工厂网络的建设严重依赖于污染最严重的发电模式

电池供应是电动汽车的致命弱点。至少目前是这样。解决这个问题并支持公众接受电动汽车的方法是在电池生产设施上投资数十亿美元。

目前电动汽车约占新车销量的4%(比如2020年上半年欧洲的情况)。预测显示,到2023年,这一比例将跃升至10%,到2030年进一步上升至28%至30%,到2040年跃升至58%至60%。

虽然不同地区之间的差异仍然会很大,但中欧之间的过渡会更快。前者是出于对清洁空气的基本关注,而后者是由于监管和公众压力。在最终赶上之前,美国可能会落后一段时间。以下是彭博社新能源财经的一些预测(预测值包括电池EV和可充电EV):

随着这些图表数量的增加,对电池的需求也在增加。调整电池供应需要大力推动产业发展,因为预计到2030年电池需求将增长14倍,达到年生产能力1800 GWh左右。这大概是什么水平?内华达沙漠有40到60个类似特斯拉的运营规模的设施。

如此巨大的增长需求将使我们面临两个迫在眉睫的紧张局势:全球电池生产的不平衡和关键矿物的收购。

目前,中国是这场比赛的领先者

主要来说,到2030年,72%的电动汽车将销往欧洲和中国。与此同时,计划届时投入运营的115家大型工厂中,将有88家位于中国。一些声音已经敲响了警钟,比如研究公司Benchmark Mineral Intelligence的价格评估主管卡斯帕罗尔斯(Caspar Rawles)。

“虽然中国仍是动力来源,但欧洲汽车行业仍担心能否大规模提供高质量的一流锂离子电池,担心这将成为电动汽车加速发展的主要障碍。”

从复杂程度和范围来说,制造电动车用电池和制造电机没有任何关系。虽然全世界的汽车厂商都掌握了电机的制造和内化,但电池所需的工厂和流水线规模却是独一无二的。

“巨型工厂”这个词是马斯克创造的。Giga代表千兆瓦时(十亿瓦时),也暗示着工厂的规模“巨大”。

以下这段话来自马斯克在2014年对传记作家阿什利万斯(Ashlee Vance)说的话:

“竞争对手对Gigafactory的嘲讽。他们认为这个想法很愚蠢,像这样的事情应该由电池供应商来做。但我可以告诉你,据我所知,所有供应商都不喜欢在电池厂投资数十亿美元的想法。

如果你有下蛋或下蛋的问题,汽车公司不会投入大量资金,因为他们不确定是否能卖出足够的电动车。所以,我知道除非我们自己建这个血汗工厂,否则我们得不到足够的锂离子电池,我也知道没有人造的东西。第一个不是特斯拉造的超级工厂什么时候能造出来?我想至少六年后吧。大汽车公司太胆小。

他们希望在批准这种项目并继续前进之前,看看其他人能否成功。我想他们可能比我们晚了七年。但我希望我错了。"

马斯克的预测在业内对Gigafactory的回应时机上还是有点错误的。他预测6年后,LG Chem(韩国)、宁德时报(中国)、比亚迪(中国)、松下(日本)等电池厂商的运营设施已经可以与特斯拉媲美。

马斯克关于电池组大小的预测也有些偏差。特斯拉这里,目前的平均值接近60千瓦时(而不是他估计的100千瓦时),巨型赛博卡车的电池组是250千瓦时——,但这是一个极端的情况。

目前,全球汽车电池供应的平衡明显向亚洲倾斜,尤其是控制着全球70%以上产能的中国:

来源:基准矿物情报

然而,由于欧洲正在酝酿许多工厂项目,该行业的领域正在迅速发展。在斯堪的纳维亚,一家名为Northvolt的瑞典公司计划明年为包括大众和宝马在内的客户建立一家大型工厂,另一家工厂计划于2025年在德国建立。其他项目更是雄心勃勃。例如,中国制造商宁德时报计划在德国建设100千兆瓦时的产能。

这张图说明了一件事。欧洲目前的项目令人不安。

超级工厂将建在欧洲,来源:基准矿物情报和周一说明

在欧洲规划的14个项目中,有10个依赖碳密集型电力生产,项目地点在德国、匈牙利和波兰。法国主要依靠58个核反应堆来生产88%的无碳电力,到目前为止只有一个工厂要建。

说到在工业设施上投资数十亿欧元,德国总是因为其工业知识而更具吸引力。至于法国,虽然我不想说这些,但我怀疑法国的劳资关系,加上一系列引人注目的社会冲突,正在吓退投资者。除非法国进行路线调整,否则可能带来可怕的社会影响:数千个与内燃机和动力总成制造相关的工作岗位将消失,需要在电池制造领域创造数千个工作岗位来抵消影响。

为了公平起见,我应该提一下法国ACC(ACC代表汽车电池公司),这是一家由传统电池制造商Saft(现归Total所有)和法国汽车制造商PSA(计划在法国北部建立一家电池工厂)建立的合资企业(各占一半)。第二个将设在德国。法国政府最近要求雷诺加入该项目。

大规模制造电池的过程消耗大量的电能。这里有一些数字来说明这个问题:产生一千瓦时的电池容量,大约需要60千瓦时的裸电;一个45GWh产能的超级工厂,每年消耗2.7万亿瓦时。这相当于一个1300MW的核反应堆的四分之一!

因此,最大限度地减少对生态的影响是建设大型工厂的重要组成部分。埃隆马斯克(Elon musk)对他的“内华达超级工厂”(Nevada Super Factory)的愿景是利用一切可用的技术,如大规模部署太阳能电池板、风力涡轮机和热交换器,并利用沙漠中的温度变化来冷却建筑和设备,从而实现碳中和。

欧洲大部分超级工厂项目不太可能这么环保。这是一场不幸的冲突。欧洲将大规模推广电动汽车,但建设庞大的超级工厂网络严重依赖污染最严重的发电模式。这是令人惊讶的,因为它将使电动汽车改造带来的大部分环境效益失效。

因此,我们必须以负责任的方式获取矿物

在进一步介绍之前,请允许我介绍一下电池的制造过程。电池是由各种材料层层缠绕,然后包装在一个略大于标准AA电池的容器中制成的:

来源:特斯拉

电池制成后,应压入坚固的铝壳中密封。这种铝壳通常位于汽车地板下方,以降低重心。根据型号的不同,一个特斯拉大约包含4000到7000个这样的电池。整个电池组重约300-500千克。其他汽车厂商可能会采用不同的电池形式,一般是棱形或“袋形”电池,尺寸比特斯拉大得多,电池数量是几百块而不是几千块。但是每个人的制造过程都很相似。

这个图是根据悉尼科技大学的研究论文制作的,展示了不同层电池制造过程的分解,突出了一些关键矿物质的重要性:

与普遍的假设相反,还有大量的锂资源没有开发出来。然而,其他主要矿物,无论是用于原料生产还是提炼,都是不同的。例如,60%的钴来自刚果民主共和国,但大多数是在中国提炼的。第三,得益于分布广泛的自然资源和强大的工业生产能力,中国有望在一段时间内控制电池行业。如下图所示,大部分生产线都集中在国内。

在某种程度上,这种情况类似于20世纪70年代的能源形势,当时急需石油的西方国家开始依赖中东原油,并被迫忍受各种破坏性的禁运和危机。

除了供应链的不确定性之外,没有哪个国家可以避免贵重矿物开采场地的情况。而且情况也不好。在非洲、拉美或东南亚,生产环境和自然环境都非常恶劣。参与者必须面对巨大的压力,供应链的这一部分必须以某种形式得到改善。

最后说一个和电动车有关的另一个误区:回收。简而言之,处理废弃的电动汽车电池不再是一个问题。首先,以下是各种矿物成分的可回收性:

来源:悉尼科技大学可再生能源矿物资源

如我们所见,虽然还有工作要做,但只涉及到一小部分组件。这个问题一出现就解决了,十年以后。到那时,收集废电池的渠道将会到位。由于严格的环境法规,湿法冶金和分离和再利用这些成分所需的其他技术应该已经被广泛采用。

我们现在已经进入了这样一个时代,政治和公众都意识到环境的紧迫性不再被视为经济发展的障碍,而是经济发展的根本基础。十年之内,可以连续行驶几十万英里,且维护量很少的电动车将成为常态。所有这些都是可能的,因为电池,随着电力生产向低碳化过渡,不同的借款群体将变得更加绿色。在这一点上,不缺乏让我们乐观的论点。

(文章来源:未来汽车日报)

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