为什么中国能主导锂离子电池生产
锂离子电池是理想的电池吗？多年来，镍镉电池一直是唯一适合从无线通信到移动计算等便携式设备的电池。镍氢电池和锂离子电池在 20 世纪 90 年代初出现，为了获得客户的认可而展开激烈的竞争。如今，锂离子电池是发展最快、最有前途的化学电池。 世界正变得越来越电气化。发展中国家不仅在增加其人口的电力供应，而且现有交通基础设施的电气化也在快速推进。到 2040 年，预计道路上一半以上的汽车将由电力驱动。 电池简史电池长期以来一直是我们日常生活的一部分。世界上第一个真正的电池是由意大利物理学家亚历山德罗·沃尔塔于 1800 年发明的。这项发明代表了一项非凡的突破，但自那时以来，只有少数重大创新。 第一个是铅酸电池，于 1859 年发明。这是第一个可充电电池，至今仍然是用于启动内燃机的最常见电池。 过去两个世纪出现了一些创新的电池设计，但直到 1980 年才发明了真正的游戏规则改变者。正是在那时，牛津大学和斯坦福大学的突破导致了锂离子电池的发展。索尼于 1991 年将第一块锂离子电池商业化。 锂有什么特别之处？从很多方面来说，锂都是一种特殊的金属。它又轻又软——软到可以用菜刀切割，密度又低到可以浮在水面上。它在很宽的温度范围内也是固体，是所有金属中熔点最低的金属之一，并且沸点很高。 与其他碱金属钠一样，锂与水会发生明显的反应。Li和H2O的组合形成氢氧化锂和氢气，通常会爆发出红色火焰。 有很多方面需要 锂离子电池 安全贯穿其设计过程，包括安全的电池结构、安全的原材料、保护功能和安全认证。副总工程师苏金然在接受中国电子报采访时表示，产品安全始于产品设计，因此选择合适的电极材料、隔膜和电解液是安全电池设计的首要任务。电池负极材料方面，三元材料、锰锂和磷酸铁锂已广泛应用于电池设计并取得了令人满意的性能，比传统的钴酸锂和镍锂更安全。 锂离子电池之所以受欢迎，是因为与竞争技术相比，它们具有许多重要优势： ● 它们通常比相同尺寸的其他类型的充电电池轻得多。锂离子电池的电极由轻质锂和碳制成。锂也是一种高反应性元素，这意味着大量能量可以存储在其原子键中。这意味着锂离子电池具有非常高的能量密度。这是了解能量密度的一种方法。典型的锂离子电池1公斤电池可储存150瓦时的电量。NiMH（镍氢）电池组每公斤大约可存储 100 瓦时的电量，但更典型的情况可能是 60 至 70 瓦时。铅酸电池每公斤只能储存 25 瓦时。使用铅酸技术，需要 6 公斤才能存储 1 公斤锂离子电池所能处理的相同能量。这是一个巨大的差异[来源： 一切2.com ]。 ● 他们坚守岗位。锂离子电池组每月仅损失约 5% 的电量，而镍氢电池每月损失 20% 的电量。 ● 它们没有记忆效应，这意味着您不必像其他一些化学电池那样在充电前将其完全放电。 ● 锂离子电池可以承受数百次充电/放电循环。 ● 这并不是说锂离子电池是完美无缺的。它们也有一些缺点： ● 它们一离开工厂就开始降解。无论您是否使用它们，它们从制造之日起只能使用两到三年。 ● 它们对高温极其敏感。热量会导致锂离子电池组的退化速度比正常情况下快得多。 ● 如果锂离子电池完全放电，它就会报废。 ● 锂离子电池组必须有车载计算机来管理电池。这使得它们比现在更加昂贵。 ● 如果锂离子电池组发生故障，有极小可能会起火。
以创新为基础的标准制定由于锂离子电池安全机制的复杂性，特别是电池重复使用后对安全性的影响，认识锂离子电池安全性和制定其标准的过程应该是循序渐进的。并且还应考虑外部控制技术的开发和应用。Su建议作为设置 锂离子电池 安全标准是一项技术性很强的工作，既需要电池标准化机构的标准制定专业人员，也需要电池行业、用户、电控领域的技术专家参与其中，包括实验验证工作。 中国电子技术标准化研究院高级工程师孙传浩表示，锂离子电池目前可分为能源型和动力型。由于这两种产品在材料和设计结构上存在差异，即使在相同的安全条件下，其测试方法和要求也不同。所谓便携式电池属于能源型，包括用于手机、笔记本电脑、数码相机和摄像机的锂离子电池，而动力型电池则用于电动工具、电动自行车和电动汽车。 据研究机构彭博新能源财经称，锂离子电池组的体积加权平均价格（包括电芯和电池组）较2010-18年下降了85%，达到平均176美元/千瓦时。BloombergNEF 进一步预测，到 2024 年，价格将降至 94 美元/kWh，到 2030 年将降至 62 美元/kWh。 这种下降的成本曲线对于任何在其服务中使用电池的公司或需要存储能源的公司（例如电力生产商）都有重要影响。迄今为止，大部分锂离子电池销售都集中在消费电子领域，但未来的销售将越来越多地由电动汽车推动。 如今道路上的大多数汽车仍然使用铅酸电池和内燃机。但过去五年里，由锂离子电池驱动的电动汽车的销量增长了十倍多。此外，越来越多的国家正在制定未来对内燃机汽车的禁令，期望电动汽车最终将主导个人交通。 当然，这意味着未来对电池的需求会更大。以至于电动汽车制造商特斯拉与松下合作，投资数十亿美元建设新的锂离子电池工厂。尽管如此，美国锂离子电池生产商的市场份额仍落后。 锂离子电池的一个相关增长市场是重工业应用，例如叉车、清扫机和洗地机、机场地面支持应用以及自动导引车 (AGV)。历史上，这些利基应用一直由铅酸电池和内燃机提供服务，但经济因素已迅速转向锂离子电池。 中国处于主导地位据彭博新能源财经分析，2019年初全球锂电池产能为316吉瓦时（GWh）。中国占该产能的 73%，其次是美国，远远落后于第二位，占全球产能的 12%。 预计到 2025 年，全球产能将强劲增长，彭博新能源财经 (BloombergNEF) 预测全球产能将达到 1,211 GWh。美国的产能预计将增长，但速度慢于全球产能。因此，美国在全球锂电池制造中的份额预计将缩小。 特斯拉正试图通过建立自己的电池工厂来解决这个问题，但对于供应各种此类电池的公司（例如总部位于加州的 OneCharge）来说，寻找当地供应商已被证明具有挑战性。我最近与 OneCharge 首席执行官 Alex Pisarev 进行了交谈，他强调了他的公司面临的挑战： “美国制造商很乐意使用美国制造的锂离子电池，”皮萨列夫告诉我，“但这在今天是不现实的。所以我们必须继续从中国进口它们。” 中国正在走与以前太阳能电池板相同的道路。虽然太阳能电池是由美国工程师拉塞尔·奥尔发明的，但如今中国在全球太阳能电池板市场上占据主导地位。现在中国的重点是控制世界锂离子电池的生产。 拥有最便宜的绿色技术是否更可取，即使这意味着将制造业交给其他国家？较低的太阳能电池板价格帮助推动了新的太阳能光伏发电的爆炸式增长，这反过来又支持了美国的许多就业机会。但这些面板大部分是在中国制造的。特朗普政府试图通过对进口太阳能电池板征收关税来解决这一问题，但这些关税遭到了大多数美国太阳能行业的强烈反对。 中国拥有廉价劳动力的主要优势，这使其能够在许多制造业中占据主导地位。但中国的锂储量和锂产量也比美国高得多。2018年，中国锂产量为8000吨，位居世界第三，接近美国锂产量的十倍。2018年中国锂储量为100万吨，是美国水平的近30倍。 前进的道路这些趋势表明，锂离子电池将在交通和重型设备领域逐渐取代铅酸电池。对于正在努力应对创纪录的二氧化碳排放的世界来说，这是一项至关重要的发展。 但在制造成本和原材料供应上都具有如此优势的美国能否在世界市场上与中国竞争呢？如果不是，随着越来越多的锂离子电池达到使用寿命，美国能否开发一个有竞争力的回收锂市场？ 这些都是需要解决的重要问题。 目前尚不清楚中国将如何应对这些挑战，但鉴于其对锂的不懈追求以及对这种金属的战略重要性，毫无疑问会找到解决方案。从很多方面来说，中国拥抱绿色交通是一件好事，因为它扩大了人们对该行业的兴趣，并刺激竞争对手国家试图在锂供应和充电电池市场份额方面迎头赶上。危险在于它们继续落后，使中国垄断了可能很快成为主流的交通部门。 |
