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全球电动汽车电池供应链(中)

特普生科技 特普生科技 2023-05-18 12 2987
本文来源于国际能源署LEA目的在了解全球电动汽车电池供应链。鸣谢 自主研制NTC芯片的特普生储能CCS集成温度采集母排,对本文的大力支持,感谢特普生海外技术翻译官林博女士!
(资料来源:国际能源署基于基准矿产情报的分析;彭博社NEF)



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注:该图显示了2021三大公司的产量百分比:按销售额计算的电动汽车产量;按MWh生产的电池产量;阴极和阳极,按生产能力划分;按产能开采。按生产量排名前三的公司(总部所在国):锂-魁北克社会和矿业公司智利(智利);皮尔巴拉矿产公司(澳大利亚);Allkem(澳大利亚);镍-金川集团(中国);必和必拓集团(澳大利亚);淡水河谷公司(巴西);阴极-住友商事(日本);天津B&M科技有限公司(中国);深圳德方纳米科技有限公司(中国);阳极-宁波杉杉(中国);BTR新能源材料(中国);上海璞泰来新能源科技股份有限公司(中国);电池生产-CATL(中国);LG能源解决方案(韩国);松下(日本);电动汽车生产-特斯拉(美国);大众汽车集团(德国);以及比亚迪(中国)。

电动汽车电池供应链


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电动汽车电池供应链由多个复杂阶段组成并分布到到世界各地。从提取必要的矿物质原材料,精炼形成足够纯度的化学品,然后到将其进行特别处理成形为阴极和阳极材料。类似的复杂供应链也是电池组件的特征,例如电解质和隔膜。了解这个复杂供应链中的所有阶段也是非常必要的,这将有助于我们分析电动汽车的当前趋势并展望未来前景。 

采矿

五种关键电池材料分别是锂、镍、钴、石墨和锰。

1.锂

是从两种截然不同的来源提取的:盐水或坚硬的岩石。锂盐水是指有高锂含量浓盐水,通常分布于南美洲玻利维亚、阿根廷和智利的海拔地区。智利是最大的生产国。海水矿床通常含有大量其它有用元素如钠、钾,镁和硼等,这抵消了抽取和处理海水的部分成本。锂硬质岩石(锂辉石)主要在澳大利亚开采。正在开发提取锂的新工艺来自地热盐水等非常规资源。

目前,前五大锂供应商约占全球锂的一半产能。主要的锂供应商包括化工和矿业公司,有Sociedad Química y智利矿工协会(智利);皮尔巴拉矿产公司(澳大利亚);Allkem公司(澳大利亚);Livent公司(美国);和赣锋锂业有限公司(中国)。与其他电池金属不同,锂提取公司往往专注于锂矿和化工产业。

2.镍

主要存在于两种类型的矿床中——硫化物和红土。硫化物矿床主要分布在俄罗斯、加拿大和澳大利亚,并且往往含有更高等级的镍。它更容易加工成1级电池级镍。然而,红土倾向于含有较低级别的镍,主要分布在印度尼西亚,菲律宾和新喀里多尼亚。红土需要额外的能量强化加工,制成电池级镍。产量低于锂,约为供应全球一半镍产量的公司。主要镍供应商包括:金川集团(中国);必和必拓集团(澳大利亚);淡水河谷公司(巴西);青山(中国);镍业亚洲公司(菲律宾);以及嘉能可(瑞士)。

3.钴

主要作为铜或镍的副产品开采。70%以上的钴产自刚果(金)民主共和国。嘉能可(瑞士)是全球最大的生产商。其他主要钴供应商包括:金川集团(中国);CN钼业(中国);和Chemaf(刚果民主共和国)。在刚果民主共和国,手工和小型采矿占钴产量的10-20%。

4.石墨

主要的阳极材料,可以在天然环境中找到或合成生产。随着许多绿地石墨开采项目,全球生产越来越多样化,包括坦桑尼亚、莫桑比克、加拿大和马达加斯加这些国家纷纷加入开采,但天然石墨开采主要来自中国(80%)。

5.锰

与其他电池金属相比,锰资源在世界各地分布更为广泛,并保持相对较低的成本。人们预计短期内不会有短缺现象。锰矿石的主要生产商在南非、澳大利亚、加蓬和中国。

原材料加工

池制造需要高纯度材料和精炼技术。精炼过程包括热处理和化学处理,如火法冶金和湿法冶金。这些过程将原矿提炼成所需的化学物质,如锂碳酸盐、氢氧化物、钴和硫酸镍。某些原材料只适用于电池前体生产,如碳酸锂用于锂盐水,而氢氧化锂更适合从锂辉石硬质岩石中获取。电池生产通常只需要最经济的1类镍,而2类镍需要额外的加工成本转化为1类镍。

新的加工技术正在提升镍加工工艺的灵活性,包括以下几种:

1.高压酸浸(HPAL)技术能够利用低品位红土资源生产高质量的镍。

2.混合氢氧化物沉淀物(MHP)镍精炼技术可将红土资源以较低成本进一步提炼成硫酸镍。

3.亚镍作为一种电池级镍前体,可以通过红土资源生产,尽管其生产过程更为复杂。

这些原材料的加工过程集中在特定地区。例如,碳酸锂和氢氧化锂的生产由全球五大公司掌握着四分之三的产能。精炼和提取通常由矿业公司完成,例如中国的赣锋矿业公司专注于提高氢氧化锂的产量,同时也参与开发加工和精炼锂。此外,许多中国的加工厂将其产品出口到第三方进行提炼,例如诚信锂业集团或浙江华友钴业。澳大利亚的锂辉石也是一个特别重要的加工地区。尽管锰资源分布广泛,高纯度硫酸锰在全球供应的还是引发关注。

中国目前约占全球产能的90%,提高了对新的、多样化的锰精炼能力。新锰硫酸盐项目开始在澳大利亚、欧洲、,印度尼西亚和美国拓展。

电池成分组件生产

电池由几个高度专业化的成分组成,包括阴极和阳极材料、电解质和隔膜。

这些组件需要先进的化学材料和生产工艺。其中最复杂的工艺之一是生产高纯度电池活性材料所需的原材料加工,例如锂氢氧化物和硫酸镍。这些材料经过特殊的合成方法和进一步加工,制成电池所需的阴极和阳极。领先的锂离子电池正极活性材料主要是过渡金属氧化物,如锂钴氧化物、锂镍锰钴氧化物(NMC)、锂镍钴铝氧化物(NCA)和磷酸铁锂(LFP)。全球有7家公司生产55%的阴极材料,其中包括住友商事(日本)、天津B&M科学与技术(中国)、深圳市德方纳米科技有限公司(中国)和宁波杉杉(中国)等头部公司。

电池的主要阳极活性材料是石墨,分为天然石墨和合成石墨两种。石墨阳极材料的生产工艺相对成熟,尽管两种类型的石墨都需要复杂的处理过程。天然石墨片状材料可用于电池,并经过加工成为均质的球形石墨用作阳极材料。合成石墨则是通过精炼碳氢化合物材料如焦炭制得。为了提高石墨阳极的性能,目前向石墨中添加少量硅以提高能量密度。阳极材料的生产更加集中,排名前六的公司都是中国公司,占据全球产能的三分之二。最大的生产商包括中国深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司(BTR)、上海普泰莱新能源科技有限公司和宁波杉杉(中国)等。

隔离膜是一种经过设计的微孔膜,通常由聚乙烯或聚丙烯制成,并涂覆陶瓷层以提高电动汽车的安全性。隔离膜的生产也相对集中,五家公司负责全球一半的生产。主要包括:珠海恩捷新材料科技有限公司(中国);上海普泰莱新能源科技有限公司(中国);和SKIE技术(韩国)。电解质是由盐和溶剂混合而成。仅中国江西天赐高新材料就生产了全球35%的产品电解质盐。顶级电解液生产公司包括:张家港国泰华融化工新材料有限公司(中国);深圳新宙邦科技股份有限公司和宁波杉杉(中国)。大多数从事电池成分组件生产的公司都是高度专业化的生产制造商。

电芯和电池包的生产

生产电池是一个多工序复杂的过程,主要分两个阶段:电极制造和电芯制造。尽管电芯制造商对电芯的设计各不同,但是电池制造流程相似。通过密集型的工艺技术,在高度受控的清洁和干燥的房间条件下进行,以避免任何杂质和水分。使用低碳能源是减少电池元件生产碳中的排放关键。在涂覆在铝(阴极)或铜箔(阳极)之前,先通过将阴极或阳极活性材料与粘合剂、溶剂和添加剂混合来生产第一电极。然后对电极进行轧制(压延)并随后进行干燥,最后通过将电极堆叠并放置隔膜来制成电芯。

电池电芯的生产是技术密集型产业,全球生产商排名前三,CATL(中国宁德时代)、LG能源解决方案(韩国)和松下(日本),占全球产量的65%。来自的电池制造商日本和韩国往往是老牌企业集团,有着数十年的消费电子产品电池制造经验。也有中国公司在20世纪90年代为消费电子产品而开始生产电池,然后专门从事电动汽车的电池的企业开始异军突起,如CATL和比亚迪等。第三波新的电池制造商正在欧洲和北美形成,但今天他们大多处于规划或升级阶段。最近由于供应链的紧绷状态,许多电池和电动车制造商越来越多地参与关键矿物的开采和加工以以确保生产;特斯拉、CATL和LG能源解决方案直接参与上游阶段。

电动汽车生产

电动汽车制造商根据不同车辆的结构,将电池包集成到电动汽车中,它与电机,车载充电模块,高配电箱、电力传输和热力系统密切相关。目前电动汽车的制造商更关注于发展新兴工厂,而对于在老牌汽车制造商来说,其原有的汽车装配厂可以重组并重新用于新能源汽车生产。

电动汽车制造业目前集中在少数原始设备制造商中,排名前六的公司占全球产量的52%。其中三大的生产商,特斯拉(美国)、大众集团(德国)和比亚迪(中国)占2021年电动汽车产量的三分之一。尤其是中国比亚迪的快速增长更令人刮目相看,在2020年只排名前六而在2021一跃位居第三。

电池重复利用

再利用或重新调整电池的利用涉及EV 电池的翻新,以用于要求较低的二次使用。废旧电动汽车电池通常仍有80%左右的可用电量。因此,可以重新利用这些电池剩余电量的可以产生额外的价值。

重新使用需要拆卸包装,测试模块/电池,并重新包装成新的电池。翻新电池成本的主要涉及到是它们的收集、剩余使用寿命测试以及电池/电池组的物理拆卸和重新包装。

然而,再利用面临着经济和监管方面的挑战,包括确保电池/电池组的可靠分级、责任以及确保再利用的成本与新电池相比具有竞争力。

电池回收

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