全世界的電池越來(lái)越多。2022年，電動(dòng)汽車全球銷量占比超過(guò)10%，到2030年有望達(dá)到30%。
世界各地的政策只會(huì)加速這種增長(zhǎng)：美國(guó)最近的氣候立法正在向電池制造投入數(shù)十億美元，并鼓勵(lì)購(gòu)買電動(dòng)汽車。歐盟和美國(guó)的幾個(gè)州通過(guò)了從2035年禁止燃油車的禁令。
這種轉(zhuǎn)變將需要大量的電池，以及更好、更便宜的電池。如今，大多數(shù)電動(dòng)汽車都由鋰離子電池供電，這項(xiàng)技術(shù)已有幾十年的歷史，被廣泛用于筆記本電腦和手機(jī)。
這么多年的發(fā)展也幫助壓低了價(jià)格，提高了性能，所以今天的電動(dòng)汽車正接近燃油車的價(jià)格，每次充電可以行駛數(shù)百公里。
人們通過(guò)鋰離子電池也發(fā)現(xiàn)了新的應(yīng)用，包括電網(wǎng)上的電力存儲(chǔ)、可以幫助平衡風(fēng)能和太陽(yáng)能等間歇性可再生能源等。
但目前仍有很大的改進(jìn)空間?？蒲袑?shí)驗(yàn)室和公司都在尋找改進(jìn)技術(shù)的方法，提高容量、加快充電時(shí)間和削減成本。
研究的目標(biāo)是用上更便宜的電池，為電網(wǎng)提供廉價(jià)的存儲(chǔ)方案，并允許電動(dòng)汽車在充電后行駛更遠(yuǎn)的距離。
與此同時(shí)，對(duì)鈷和鋰等關(guān)鍵電池材料供應(yīng)的擔(dān)憂，正在推動(dòng)尋找鋰離子化學(xué)材料的替代品。
在對(duì)電動(dòng)汽車和可再生能源的需求飆升、以及電池發(fā)展的激增之中，有一件事是肯定的：電池將在向可再生能源的過(guò)渡中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
徹底的重新思考
一些截然不同的電動(dòng)汽車電池生產(chǎn)方法可能會(huì)在2023年取得進(jìn)展，盡管它們可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能產(chǎn)生商業(yè)影響。
2023年需要關(guān)注的一個(gè)進(jìn)展是所謂的固態(tài)電池。鋰離子電池和相關(guān)的化學(xué)物質(zhì)使用液體電解質(zhì)來(lái)循環(huán)充電，固態(tài)電池用陶瓷或其他固體材料取代了液體。
這種轉(zhuǎn)變開(kāi)啟了向更小的空間注入更多能量的可能性，有可能改善電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。固態(tài)電池也可以更快地移動(dòng)電荷，這意味著更短的充電時(shí)間。
固態(tài)電池的支持者還認(rèn)為，這種技術(shù)可以通過(guò)降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)來(lái)提高安全性，因?yàn)殡娊赓|(zhì)中使用的一些溶劑可能是易燃的。
固態(tài)電池可以使用多種化學(xué)物質(zhì)，但商業(yè)化的主要候選者是使用金屬鋰。例如，Quantumscape公司專注于這項(xiàng)技術(shù)，并在2020年上市前籌集了數(shù)億美元的資金。該公司與大眾汽車達(dá)成了一項(xiàng)協(xié)議，預(yù)計(jì)到2025年將其電池安裝到大眾旗下的汽車上。
但事實(shí)證明，完全重塑電池是很困難的。除了制造方面的難題，人們還擔(dān)心隨著時(shí)間的推移，鋰金屬電池會(huì)退化。
Quantumscape公司于2022年12月底宣布，已將樣品交付汽車合作伙伴進(jìn)行測(cè)試，這有望成為固態(tài)電池正式上路的一個(gè)重要里程碑。
其他固態(tài)電池玩家，比如SolidPower也在努力制造和測(cè)試他們的電池。不過(guò)，盡管這些公司也可能在2023年實(shí)現(xiàn)重大進(jìn)展，但它們的電池大概不會(huì)在2023年上路使用。
固態(tài)電池并不是唯一需要注意的新技術(shù)，鈉離子電池技術(shù)也與今天常見(jiàn)的鋰離子截然不同。
這些電池的設(shè)計(jì)類似于鋰離子電池，包括使用了液體電解質(zhì)等，但它們不依賴于鋰，而是使用鈉作為主要的化學(xué)成分。
據(jù)報(bào)道，中國(guó)電池巨頭寧德時(shí)代計(jì)劃在2023年開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)這些電池。鈉離子電池可能不能提高性能，但它們可以降低成本，因?yàn)樗鼈円蕾囉诒蠕囯x子化學(xué)材料更便宜、更廣泛的材料。
但目前尚不清楚這些電池，能否滿足電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程和充電時(shí)間的需求，這就是為什么一些追求這項(xiàng)技術(shù)的公司比如美國(guó)的Natron，瞄準(zhǔn)了要求較低的應(yīng)用，如固定存儲(chǔ)或電動(dòng)自行車和摩托車等中小型移動(dòng)設(shè)備。
能源研究機(jī)構(gòu)BloombergNEF的能源存儲(chǔ)主管彌生世金指出，如今針對(duì)固定電網(wǎng)存儲(chǔ)的電池市場(chǎng)規(guī)模很小，大約是電動(dòng)汽車電池市場(chǎng)規(guī)模的十分之一。
但是，隨著安裝更多的可再生能源，對(duì)電力儲(chǔ)存的需求正在增長(zhǎng)，因?yàn)轱L(fēng)能和太陽(yáng)能等主要的可再生能源是不可控的，而電池可以在需要的時(shí)候幫助儲(chǔ)存能源。
鋰離子電池并不是理想的固定存儲(chǔ)，盡管它們被廣泛使用。雖然電動(dòng)汽車的電池更小、更輕、更快，但固定存儲(chǔ)的主要目標(biāo)是降低成本。大小和重量對(duì)電網(wǎng)存儲(chǔ)并不重要，這意味著不同的化學(xué)物質(zhì)很可能受到青睞。
在固定儲(chǔ)存領(lǐng)域，鐵也受到了格外關(guān)注。兩家公司可能會(huì)在未來(lái)一年間宣布進(jìn)展：FormEnergy公司正在開(kāi)發(fā)一種鐵-空氣電池，它使用水基電解質(zhì)，本質(zhì)上是通過(guò)可逆生銹來(lái)儲(chǔ)存能量。
該公司最近宣布，將在美國(guó)西弗吉尼亞州的威爾頓成立一個(gè)價(jià)值7.6億美元的制造工廠，計(jì)劃于2023年開(kāi)始建設(shè)。
另一家名為ESS的公司正在制造一種不同類型的鐵電池，采用類似的化學(xué)成分。它已經(jīng)開(kāi)始在美國(guó)俄勒岡州威爾遜維爾的總部進(jìn)行生產(chǎn)。
標(biāo)準(zhǔn)的改變
鋰離子電池越來(lái)越好，也越來(lái)越便宜，但研究人員正在進(jìn)一步調(diào)整技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更高的性能和更低的成本。
其中一些動(dòng)機(jī)來(lái)自于電池材料的價(jià)格波動(dòng)，這可能會(huì)促使企業(yè)改變化學(xué)成分。“這是一個(gè)成本游戲，”說(shuō)。
陰極通常是電池中最昂貴的部件之一，而一種被稱為鎳錳鈷（nickelmanganesecobalt）的陰極是當(dāng)今電動(dòng)汽車電池使用的主要材料。
但除了鋰之外，這三種元素都很昂貴，所以削減部分或全部元素可能有助于降低成本。
2023年我們可能看到替代方案的突破：磷酸鐵鋰（lithiumironphosphate），這是一種低成本的陰極材料，有時(shí)被用于鋰離子電池。
最近在磷酸鐵鋰化學(xué)和制造方面的新成果，幫助提高了這些電池的性能，企業(yè)也開(kāi)始采用這項(xiàng)技術(shù)。磷酸鐵鋰的市場(chǎng)份額正在迅速增長(zhǎng)，從2018年全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)的約10%上升到2022年的約40%。
特斯拉已經(jīng)在一些汽車上使用了磷酸鐵鋰電池，福特和大眾等汽車制造商宣布，他們也計(jì)劃開(kāi)始為一些車型提供這種電池。
雖然電池的研究?jī)A向于集中在陰極化學(xué)上，但陽(yáng)極也不容忽視。如今，無(wú)論陰極的組成如何，鋰離子電池中的大多數(shù)陽(yáng)極都是用石墨來(lái)容納鋰離子。但硅等替代品可能有助于提高能量密度，加快充電速度。
硅陽(yáng)極多年來(lái)一直是研究的對(duì)象，但從歷史上看，它們的壽命還不足以支撐大型產(chǎn)品。不過(guò)，現(xiàn)在各公司正開(kāi)始擴(kuò)大這種材料的生產(chǎn)。
2021年，初創(chuàng)公司Sila開(kāi)始為可穿戴健身設(shè)備的電池生產(chǎn)硅陽(yáng)極。該公司最近獲得了美國(guó)能源部提供的1億美元撥款，用于幫助在華盛頓的摩西湖市建立一個(gè)制造工廠。該工廠將為Sila與奔馳的合作生產(chǎn)產(chǎn)品，預(yù)計(jì)將從2025年開(kāi)始生產(chǎn)電動(dòng)汽車電池的材料。
其他初創(chuàng)公司正在努力將硅和石墨混合在一起，形成陽(yáng)極。比如SionicEnergy公司，以及與通用汽車合作的OneDBatterySciences公司，都有望在2023年進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
政策決定產(chǎn)品
2022年底，美國(guó)通過(guò)了《降低通貨膨脹法案》，為氣候和清潔能源撥出了近3700億美元的資金，其中包括數(shù)億美元用于電動(dòng)汽車和電池制造?！懊總€(gè)人都在關(guān)注這項(xiàng)法案，”麻省理工學(xué)院的材料研究人員、多家電池公司的創(chuàng)始人蔣業(yè)明表示。
《降低通貨膨脹法案》將向美國(guó)的電池制造商提供貸款和資助，以提高產(chǎn)能。此外，該法律中的電動(dòng)汽車稅收抵免，鼓勵(lì)汽車制造商從美國(guó)或其自由貿(mào)易伙伴那里采購(gòu)電池材料，并在北美生產(chǎn)電池。
由于《降低通貨膨脹法案》的補(bǔ)助和電動(dòng)汽車稅收抵免限制，汽車制造商將繼續(xù)宣布在美國(guó)補(bǔ)充新的產(chǎn)能，并尋找材料方面的新方法。
所有這些都意味著，人們對(duì)鋰離子電池的關(guān)鍵成分的需求將會(huì)越來(lái)越多，包括鋰、鈷和鎳。
由該法案可能帶來(lái)的一個(gè)結(jié)果是，人們對(duì)電池回收的興趣正在增加。雖然短期內(nèi)沒(méi)有足夠的淘汰電動(dòng)汽車，來(lái)滿足對(duì)于一些關(guān)鍵材料的需求，但回收利用正開(kāi)始升溫。
在這方面，寧德時(shí)代和其他中國(guó)公司在電池回收方面處于領(lǐng)先地位。不過(guò)在2023年，北美和歐洲等其他主要電動(dòng)汽車市場(chǎng)可能會(huì)出現(xiàn)顯著增長(zhǎng)。
總部位于美國(guó)內(nèi)華達(dá)州的RedwoodMaterials和總部位于加拿大多倫多的Li-Cycle公司正在建設(shè)設(shè)施，并致力于分離和凈化鋰和鎳等關(guān)鍵的土電池，以便在電池中重復(fù)使用。
Li-Cycle公司將于2023年開(kāi)始調(diào)試其主要回收設(shè)施。RedwoodMaterials公司則已經(jīng)開(kāi)始在內(nèi)華達(dá)州的工廠生產(chǎn)一種銅箔作為其首款產(chǎn)品。最近它還宣布，計(jì)劃從2023年開(kāi)始在南卡羅來(lái)納州建造第二家工廠。
總體來(lái)說(shuō)，通過(guò)全球各地政策所注入的大量資金，推動(dòng)了對(duì)電動(dòng)汽車及其電池的需求，因此對(duì)于電池產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，2023年將是值得關(guān)注的一年。