日本为何举全国之力研发燃料电池和全固态电池?

丰田燃料电池

针对锂、钴等稀有金属的竞争正在加剧。这些材料是制造锂电池的核心材料,随着电动汽车规模的扩大,它们的需求量和供应量也将急剧上升。然而全球锂、钴资源有限,谁手握锂资源,就掌握着这一轮电动汽车发展的“命门”。 

当国内企业正在全球竞夺锂、钴资源时,日本举全国之力研发氢燃料电池车和固态电池。 

国内企业抢占锂资源,引发日本恐慌 紧张的大环境下,国内政府对电动汽车的扶持力度、国内企业在海外的锂资源布局,使得《日本新闻》发出“China dominates competition for rare metals“(中国主宰着稀有金属的竞争)的声音。 

在这篇文章中,《日本新闻》对比了丰田通商公司和国内的天齐锂业的产能和现状。丰田通商公司和一个大型的澳大利亚资源开发公司在奥拉罗斯盐沼畔联合创办于合营企业,在这里,富锂盐被从200米的地底抽取上来,投放于人工池塘中。然后经历300日的自然晒干,最终浓缩成锂。当前,这座生产基地可以年产1.75万吨。考虑到未来进一步的需求,丰田通商今年1月份宣布,其年产能将扩产至4.15万吨。 这项规划意味着,它必须将产能提升2.5倍。但该数量却“仍难以媲美中国企业产出的锂产能”。 

今年5月17日,国内锂业巨头天齐锂业斥资40.66亿美元(约合258.93亿元)拿下智利资源开发公司SQM 23.77%的股权。据了解,2017年,SQM的碳酸锂产能为4.8万吨,占据全球锂资源市场的比重为25%,与美国雅宝、FMC公司几乎垄断全球八成的卤水锂盐产量。 在此之前的2013年天齐锂业收购了澳大利亚泰利森锂业(Talison),一举获得了全球正在开采中的、储量最大的固体锂矿西澳大利亚Greenbushes(格林布什矿),占全球锂辉石矿供应量的三分之二。而且,该矿的开采成本低于行业平均水平。 而天齐锂业收购的SQM和泰利森所处国家而言,它们分别位于锂资源丰富的智利和澳大利亚。目前,全球共产出了4.3万吨(按纯锂计算)锂,其中澳大利亚产能达1.87万吨,智利产出1.41万吨,阿根廷产出0.55万吨,中国次之。

通过收购锂矿丰富的澳大利亚和智利资源开发公司的股权,天齐锂业在世界上锂矿最丰富的国家拥有了稳固的落脚点。同时,它还坐拥中国这个广大的市场。 

丰田通商资源开发主管Masaharu Katayama由此认为:“中国企业正在使用大量的资金收购海外资源。它们靠着一套不同于他人的规则,参与到游戏中。” 中国企业的收购攻势不只局限于锂矿中 钴矿是另一种电池生产所必需的原材料,目前全球共产出了11万吨钴矿(在矿物基础上计算)。其中全球60%的钴矿都来自于刚果,约合6.4万吨。其次是俄罗斯的0.56万吨,澳大利亚的0.5万吨。 

中国企业再次在该领域寻找可收购的海外企业。例如,华友钴矿、洛阳钼业正在引领这项竞夺钴资产的战斗。2016年6月,华友钴业收购投向刚果(金)PE527铜钴矿权区。洛阳钼业方面则通过拥有刚果TenkeFungurume铜钴矿56%的权益,成为全球顶级铜钴生产商。日本国内资源开发人士由此发出警示:“中国正全力投入电池材料抢占中。” 在中国企业竞夺电池原材料背后是国家对电动汽车的大力扶持,市场和政策两相作用下,2017年原材料价格较2015年上涨了至少两倍。 

根据独立研究机构IRuniverse的调研,锂(碳酸锂)现货合同价格为21美元/千克,几乎比2015年秋季时锂价格高出两倍多,当时在8美元/千克左右。钴的交易价格约为43美元/磅(相当于95美元/千克),高出2015年秋季的四倍多。IRuniverse总裁Yuji Tanamachi指出:“鉴于电动汽车将迎来全面繁荣,大量投资资金涌入,当前的环境轻而易举就刺激锂/钴价格上涨。” 

日本市调机构富士经济预测,随着电动汽车车载电池需求的增加,用于锂离子电池生产的原材料市场将持续扩张。到2021年,该市场规模将是2015年(1.1万亿日元)的三倍,达到令人震惊的2.9万亿日元。其他专家的预测与之相似。 

日本坚持氢燃料电池车、固态电池背后 追究内部原因,日本能源的缺乏,才使得它们对近年来中国企业收购海外资源而恐慌。这也是它们坚持发展固态电池、氢燃料电池车(FCV)的原因之一。 对于日本政府和车企而言,由于国内电力严重紧缺,混合动力车是过渡产品,中期内发展插电式混合动力车和纯电动汽车,中长期内氢燃料电池车才是日本汽车产业的终极发展目标。 

针对中期计划中的混合动力汽车和纯电动汽车,日本将固态电池当作减少对钴需求的希望。钴资源正在被中国企业收拢,锂电池领域正被中国企业赶超,日本希望举全国之力推进全固态电池的研发,从而大力在锂电池领域实现电池产业的复权。 

6月15日,日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)宣布,将与丰田汽车、松下启动新一代高效电池“全固态电池“的开发,力争2022年前确立技术。 

根据日经电子期刊2018年1月刊登的关于全固态电池开发的专题报道,最初的全固态电池产品很大可能是在不改变Li离子2次电池正负极材料的前提下,仅仅是将电解液置换成固态电解质。这种场合下的特征是充电速度以及安全性能提高。 

之后,随着依次将正负极材料替换成高电压或高容量密度的材料(量密度较高的锂-硫(Li2S)正极材料,甚至更高的硫(S8)等材料则成为了有力的正极材料选择),电池的容量密度将得到大幅度提升。2030年代早期,正极采用空气,负极采用金属锂,电解质采用氧化物材料的全固态Li空气电池可能问世。 

若日本实现固态电池的研发,对钴的需求将会减少。日本电池供应商已决定摆脱钴。NCA(镍钴铝)电池(现松下用于特斯拉Model S/X中的电池)中钴的含量已经低于其他电池供应商即将生产的下一代NCM(镍钴锰)811中的钴含量。松下5月份更是表示,由于关键电池原材料价格不断飙升,它计划展开无钴汽车电池的研发。 

日本新能源产业技术综合开发机构的项目经理细川敬也表示:“全固体电池的专利有一半来自日本”。这也显示出,日本对自身固态电池的看重和肯定。 

中长期计划中的氢燃料电池车最为受到丰田汽车、本田汽车的推崇,被视为未来汽车方向之一。他们认为,氢燃料电池车是将空气吸入车内,让氧气与储存的氢 气发生反应来发电,而它的排放物主要是纯净水。因而氢燃料电池可以说真正实现了零污染。以氢气作为能量来源的氢燃料电池车将帮助日本减轻受到的锂、钴资源的掣肘。 借助丰田等大型车企的加入,着眼于氢燃料电池车及固态电池,日本正从另一条途径减少稀有金属资源不足的影响。 

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    【责任编辑:赵卓然】
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