上周,由美國(guó)能源部、國(guó)防部、商務(wù)部、國(guó)務(wù)院四部門聯(lián)合組建的聯(lián)邦先進(jìn)電池聯(lián)盟(The Federal Consortium for Advanced Batteries,下稱FCAB)發(fā)布了美國(guó)鋰電池國(guó)家藍(lán)圖(2021-2030),這是第一份由政府主導(dǎo)制定的美國(guó)鋰電池發(fā)展政策。這份國(guó)家藍(lán)圖開宗明義,指出鋰電池改變了人們到
02
資源布局先機(jī)已失
鋰電池雖然擁有很高的技術(shù)含量,但本質(zhì)上依然是資源產(chǎn)業(yè),誰能占據(jù)成本更低、品質(zhì)更高的資源,誰就能取得顯著優(yōu)勢(shì)。因此在這份美國(guó)鋰電池國(guó)家藍(lán)圖中,設(shè)立的目標(biāo)一就是確保電池原材料供應(yīng)安全,并尋找替代材料,降低美國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)對(duì)敏感資源的依賴。而現(xiàn)在鋰電池產(chǎn)業(yè)當(dāng)中,敏感資源主要是鋰、鎳兩種。
鋰資源作為鋰電池最為主要的資源,并不算稀有資源,特別是在2017年-2019年的鋰礦擴(kuò)產(chǎn)狂潮之后,全球的鋰礦產(chǎn)能是過剩的,所以在這一領(lǐng)域,并不存在供應(yīng)安全問題。同時(shí)鈉離子電池技術(shù)的發(fā)展也在進(jìn)一步降低電池行業(yè)對(duì)鋰礦資源的敏感性。目前在這一領(lǐng)域,美國(guó)、澳大利亞、中國(guó)都有資本布局,全球鋰礦供給基本被三國(guó)壟斷。
圖3:全球鋰鹽供給市場(chǎng)份額(按生產(chǎn)商)
美國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在面臨的最大資源風(fēng)險(xiǎn)來自鎳。鎳本身并非稀有金屬,全球每年的鎳產(chǎn)量約為250萬噸,其中85%供應(yīng)不銹鋼生產(chǎn),當(dāng)前動(dòng)力電池生產(chǎn)使用的鎳僅占5%的份額。而這并不是動(dòng)力電池不需要鎳,在現(xiàn)有的三元鋰電池技術(shù)路線當(dāng)中,高鎳電池是公認(rèn)的提升能量密度的途徑,特斯拉CEO馬斯克就不止一次在推特上發(fā)文表示,當(dāng)前動(dòng)力電池行業(yè)擴(kuò)產(chǎn)最大的瓶頸就是缺鎳。
不銹鋼生產(chǎn)使用的鎳與電池級(jí)的鎳并非同一種鎳,鎳含量接近100%的電解鎳、鎳粉、鎳豆,可以用于電池的被稱為一級(jí)鎳。鎳生鐵、鎳鐵等鎳含量在15%以下的則被稱為二級(jí)鎳,專門用于不銹鋼的生產(chǎn)。
雖然全球鎳產(chǎn)量達(dá)到250萬噸左右,但高純的一級(jí)鎳產(chǎn)能則非常有限,如果按照現(xiàn)有的產(chǎn)能狀況,預(yù)計(jì)到了2030年,僅特斯拉一家的電池原料需求就能吃掉排名前六的一級(jí)鎳供應(yīng)商俄羅斯諾瑞斯克(Norilsk)、巴西淡水河谷(Vale)、中國(guó)金川集團(tuán)、 日本住友商事(Sumitomo)、瑞士嘉能可(Glencore)以及澳大利亞必和必拓(BHP)的全部產(chǎn)能。這是整個(gè)鋰電池產(chǎn)業(yè)面臨的共同風(fēng)險(xiǎn),而現(xiàn)在最有可能解決風(fēng)險(xiǎn)的鑰匙掌握在中國(guó)手中。
為了解決高純度一級(jí)鎳的供應(yīng)難題,所有生產(chǎn)者都把目光投向了如何從儲(chǔ)量豐富、開采便宜的紅土鎳當(dāng)中制取鎳,而目前在業(yè)內(nèi)公認(rèn)可行的方案就是濕法冶金高壓酸浸工藝(下稱HPAL)。但遺憾的是,從2005年第一家采用HPAL工藝的工廠開發(fā)建設(shè)以來,一直到2021年,工藝開發(fā)者加拿大謝里特公司、礦業(yè)巨頭必和必拓、淡水河谷、住友商事相繼失敗,生產(chǎn)成本過高、產(chǎn)能極不穩(wěn)定,投產(chǎn)的數(shù)個(gè)項(xiàng)目產(chǎn)能最多只能達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能的一半左右。自2012年-2018年,全球沒有任何HPAL新建項(xiàng)目,直到中國(guó)人入局。
2021年5月,在位于印尼力勤礦業(yè)HPAL項(xiàng)目正式投產(chǎn),氫氧化鎳設(shè)計(jì)產(chǎn)能含鎳3.5萬噸。同時(shí)在印尼,同時(shí)還有另外三個(gè)HPAL項(xiàng)目在建,投資方囊括了中國(guó)目前電池原材料行業(yè)的所有巨頭,華友鈷業(yè)、洛陽鉬業(yè)、格林美。按照建設(shè)規(guī)劃,2021-2022年將投產(chǎn)的產(chǎn)能規(guī)模達(dá)到了14.5萬噸,而2021年全年全球預(yù)估一級(jí)鎳的總需求量?jī)H有不足13萬噸。如果算上預(yù)計(jì)2024年投產(chǎn)的最大制造廠,僅印尼境內(nèi)的四個(gè)中國(guó)企業(yè)投資項(xiàng)目就可提供26.5萬噸鎳。
更關(guān)鍵的是中國(guó)企業(yè)掌握了解決HPAL成本高,產(chǎn)能不穩(wěn)定的鑰匙,中冶恩菲設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的巴布亞新幾尼亞瑞木項(xiàng)目是當(dāng)前全球少有的HPAL工藝達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能并且平穩(wěn)運(yùn)行的項(xiàng)目。瑞木項(xiàng)目的氫氧化鎳綜合成本在9500美元/噸,但這其中包含了大量項(xiàng)目土建、配套的折舊成本,單純現(xiàn)金成本僅為5000美元/噸左右,遠(yuǎn)低于鎳市場(chǎng)1萬美元/噸以上的價(jià)格。位于印尼的四個(gè)中方投資項(xiàng)目均采用中冶恩菲設(shè)計(jì)院的工藝設(shè)計(jì)。價(jià)格加產(chǎn)能,鎳市場(chǎng)將進(jìn)入中國(guó)企業(yè)最熟悉的市場(chǎng)節(jié)奏。
這才是美國(guó)鋰電池供應(yīng)安全最大的風(fēng)險(xiǎn)。鋰電池所需的各類元素,鋰的供應(yīng)安全風(fēng)險(xiǎn)極低,雖然重要性很高,但基本無需擔(dān)憂。鈷對(duì)于全球所有電池主要生產(chǎn)國(guó)來說,都是一顆定時(shí)炸彈,因?yàn)殁挼闹饕a(chǎn)出國(guó)是剛果(金),安全風(fēng)險(xiǎn)造成的供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)所有國(guó)家都一樣。而且近幾年,鈷含量極低的電池,甚至無鈷電池技術(shù)都取得了突破,鋰電池對(duì)于鈷的敏感性在持續(xù)走低。鎳成為了鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈在資源端最為敏感,也最為重要的資源。而在鎳資源的布局上,美國(guó)明顯已經(jīng)失去了先機(jī)。
03
制造能力很難追趕
原料之后,就是制造,這份國(guó)家藍(lán)圖當(dāng)中的目標(biāo)二和目標(biāo)三就是建設(shè)美國(guó)國(guó)內(nèi)鋰電池原材料加工能力;刺激美國(guó)國(guó)內(nèi)的正負(fù)極材料、電芯、電池組的生產(chǎn)能力。但在這方面,美國(guó)面臨的局面更加殘酷,資源布局領(lǐng)域,主要的玩家只有中美兩家,而在電池制造這一領(lǐng)域,則是中、歐、美、日、韓的多人游戲。而在游戲的所有玩家當(dāng)中,目前美國(guó)的處境是最為不利的。
當(dāng)前的鋰電池制造,不論是原材料加工,還是電池組生產(chǎn),中國(guó)在產(chǎn)能、裝機(jī)量、生產(chǎn)工藝、成本控制等方面都是領(lǐng)跑者。歐洲在最近兩年開始大踏步提速電池制造能力,不論是現(xiàn)在頭部的中日韓企業(yè),還是歐洲本土的電池廠商,都在大刀闊斧的投資擴(kuò)建產(chǎn)能。而擴(kuò)建產(chǎn)能帶來的設(shè)備需求、原材料需求大部分流向了產(chǎn)業(yè)鏈上游的中國(guó)企業(yè),這一輪歐洲動(dòng)力電池的擴(kuò)產(chǎn)狂潮下,中歐的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)合更為緊密。
在電池戰(zhàn)略方面,歐洲的策略非常清晰,放棄正負(fù)極、電解液和隔膜等前驅(qū)體和原材料加工部分,率先在電池制造領(lǐng)域完成布局。這其中有規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的考慮,以大眾為代表的多家歐洲車企都在固態(tài)電池領(lǐng)域有高額投入,按照大眾在今年的大眾Power Day上發(fā)布的消息,固態(tài)電池的量產(chǎn)時(shí)間是2023年。如果真的可以如期量產(chǎn),那么現(xiàn)有的前驅(qū)體和原材料產(chǎn)能就會(huì)被淘汰,但電池制造能力不會(huì)荒廢,因?yàn)楣虘B(tài)電池的生產(chǎn)工藝與現(xiàn)在的動(dòng)力電池生產(chǎn)工藝有相通之處,現(xiàn)在的電池產(chǎn)能建設(shè)不會(huì)完全浪費(fèi)。
而就在中歐日韓如火如荼的以合作為主,競(jìng)爭(zhēng)為輔的時(shí)候,美國(guó)能夠跟上整個(gè)全球鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展步伐的只有特斯拉,除了特斯拉,就沒有任何一家電池制造企業(yè)可以參與到這場(chǎng)游戲當(dāng)中。
動(dòng)力電池制造是一項(xiàng)資金、技術(shù)、人力三密集的行業(yè),再加上產(chǎn)業(yè)鏈上游的原料、前驅(qū)體制造同樣也是三密集的行業(yè)。所以整個(gè)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈的馬太效應(yīng)明顯,一旦形成領(lǐng)跑局面,就很難打破,除非開辟新的賽道。因此在藍(lán)圖文件所涵蓋的2021年-2030年間,想在美國(guó)建立鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈上多個(gè)環(huán)節(jié)的制造能力,恐怕只有和歐洲一樣,中日韓企業(yè)在美國(guó)開廠這一條路了。比如傳聞中,蘋果汽車就要求動(dòng)力電池供應(yīng)商一定要把制造廠設(shè)在美國(guó)境內(nèi)。
正因?yàn)橹圃炷芰Φ淖汾s非常艱難,所以藍(lán)圖文件設(shè)定的具體目標(biāo)并沒有太高的標(biāo)準(zhǔn),最為關(guān)鍵的內(nèi)容應(yīng)該就是2030年前與國(guó)內(nèi)多源供應(yīng)商一起滿足關(guān)鍵的國(guó)防電池需求。的確,如果國(guó)內(nèi)制造能力無法滿足國(guó)防電池需要的話,那的確是任何國(guó)家都無法容忍的情況。
04
美國(guó)的優(yōu)勢(shì):電池回收與技術(shù)研發(fā)
在藍(lán)圖文件的最后兩個(gè)目標(biāo)應(yīng)該是這份文件中最后可能起到實(shí)效的。
目標(biāo)四:在美國(guó)率先建立廢舊電池回收和材料循環(huán)利用的產(chǎn)業(yè)能力;目標(biāo)五:保持美國(guó)在電池技術(shù)研發(fā)方面的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。這兩個(gè)目標(biāo)走到了美國(guó)最為擅長(zhǎng)的道路上,依靠技術(shù)取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
回收是當(dāng)前鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中剛剛開始升溫的領(lǐng)域。在這個(gè)領(lǐng)域中歐洲布局較早,大眾、寶馬為代表的德國(guó)汽車企業(yè)都已經(jīng)設(shè)立了完整的動(dòng)力電池回收流程。雖然按照現(xiàn)有的技術(shù),回收效率和成本都還不令人滿意,但是融入整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中,并且計(jì)算歐洲較高的碳排放價(jià)格之后,經(jīng)濟(jì)上已經(jīng)可以接受。
美國(guó)的這份藍(lán)圖目標(biāo)更大,2025年之前,提出便于回收利用的電池組設(shè)計(jì);建立收集、分類、運(yùn)輸和加工回收鋰電池材料的方法,重點(diǎn)是降低成本。到2030年,要實(shí)現(xiàn)消費(fèi)電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車電池90%以上回收;聯(lián)邦立法要求電池制造中使用回收材料。
建立成規(guī)模的鋰電池回收產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)敲绹?guó)鋰電池國(guó)家藍(lán)圖當(dāng)中最有價(jià)值的一條,在建立回收規(guī)范的時(shí)候,向前會(huì)影響電池組的制造規(guī)范,這樣在電池制造領(lǐng)域,美國(guó)就可以擁有更大的影響力。同時(shí)回收再利用也能讓美國(guó)最大可能的降低對(duì)敏感材料的依賴程度。在這份文件中,多次出現(xiàn)擺脫對(duì)鎳、鈷元素的依賴這樣的文字,不難看出美國(guó)對(duì)于鎳、鈷兩種元素短缺的恐慌情緒非常濃厚。
最后的目標(biāo)五,維持技術(shù)優(yōu)勢(shì)對(duì)美國(guó)來說是任何競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域中的不二法寶,在鋰電池競(jìng)爭(zhēng)中也不例外。文件設(shè)立的具體目標(biāo)中,2025年的近期最優(yōu)先目標(biāo)是開發(fā)無鈷材料;鋰電池技術(shù)和配置的標(biāo)準(zhǔn)化;同時(shí)建立技術(shù)轉(zhuǎn)讓標(biāo)準(zhǔn),確保美國(guó)發(fā)明的技術(shù)留在美國(guó)。2030年的遠(yuǎn)期目標(biāo)是開發(fā)無鈷、無鎳的電極成分,同時(shí)提高能量密度、安全、成本等重要指標(biāo);以固態(tài)電池和鋰金屬電池為主要研發(fā)方向,實(shí)現(xiàn)能量密度500wh/kg以上的能量密度和60美元/kwh以下的成本,并且不含鈷和鎳。
其中關(guān)于能量密度、成本的數(shù)據(jù)可以不用太關(guān)注,沒有實(shí)現(xiàn)的技術(shù)目標(biāo)都只是空頭支票。值得關(guān)注的是無鈷、無鎳頻繁的出現(xiàn),可見這份鋰電池國(guó)家藍(lán)圖當(dāng)中對(duì)于鈷與鎳兩種敏感金屬的擔(dān)憂有多么強(qiáng)烈。
不過固態(tài)電池和鋰金屬電池的前景是否就如文件中所說那么明朗,其實(shí)是一個(gè)問號(hào)。行業(yè)內(nèi)對(duì)于固態(tài)電池的應(yīng)用前景是有爭(zhēng)議的,沒人否認(rèn)固態(tài)電池的技術(shù)先進(jìn)性,但是很多人都懷疑固態(tài)電池十年內(nèi)都無法與三元鋰電池在價(jià)格上形成競(jìng)爭(zhēng)。而十年后,即便固態(tài)電池成本下降了,但鋰電池形成的龐大產(chǎn)業(yè)慣性恐怕將很難扭轉(zhuǎn)。當(dāng)然,這一切都取決于科技研發(fā)是否能發(fā)現(xiàn)某種完美的固態(tài)電解質(zhì)材料,達(dá)成成本、性能的雙贏。如果真能取得這樣的技術(shù)突破,那現(xiàn)在這些鋰電池產(chǎn)業(yè)巨頭就算真死,也死得不冤了。