隨著世界各國(guó)政府承諾減少溫室氣體排放，電池已經(jīng)上升到政策討論的前沿。預(yù)計(jì)到2030年，全球電動(dòng)汽車(chē)電池市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到近1萬(wàn)億美元，美國(guó)、中國(guó)和歐洲正競(jìng)相在大規(guī)模生產(chǎn)更廉價(jià)、更高效和更安全電池的競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一席之地。
中國(guó)正在主導(dǎo)鋰離子電池生產(chǎn)，并以驚人的速度建造工廠，歐洲也緊隨其后，目標(biāo)是到2025年成為第二大電池生產(chǎn)地區(qū)。盡管美國(guó)擁有更多的技術(shù)創(chuàng)新，但它需要大步追趕。
鋰離子電池的制造依賴于石墨、鋰、鈷等關(guān)鍵材料。這些材料用于今天的活性陰極材料，這些化學(xué)成分出現(xiàn)在以下高性能電池中：鋰離子電池、固態(tài)電池和硅電池。
中國(guó)的主導(dǎo)地位
2019年，中國(guó)化工企業(yè)占全球電池原材料總產(chǎn)量的80%。到2029年，將有136家計(jì)劃中的鋰離子電池工廠建成，其中101家位于中國(guó)。剛果的鈷礦（絕大多數(shù)鈷金屬都產(chǎn)于剛果）由中國(guó)壟斷。
還有，中國(guó)一直在購(gòu)買(mǎi)澳大利亞和南美洲的采礦業(yè)務(wù)的股份，這兩個(gè)地區(qū)是世界上鋰儲(chǔ)量最多的地區(qū)。事實(shí)上，中國(guó)的天齊鋰業(yè)目前擁有世界上最大鋰儲(chǔ)量的51%。
到2023年，歐洲的鋰離子電池生產(chǎn)能力將超過(guò)美國(guó)。到2023年，歐洲的電動(dòng)汽車(chē)電池需求將超過(guò)每年200 GWh，到2028年將達(dá)到400 GWh。
此外，歐洲的鋰離子電池容量份額將從2020年的6%上升到2025年的25%，中國(guó)的預(yù)期份額可能從77%下降到65%。
盡管美國(guó)在主導(dǎo)市場(chǎng)的鋰離子電池技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，但缺乏國(guó)家戰(zhàn)略一直阻礙著該國(guó)的電池生產(chǎn)。
為了解決這一問(wèn)題，美國(guó)能源部2021年6月發(fā)布了《國(guó)家鋰電池藍(lán)圖》，指導(dǎo)開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)價(jià)值鏈的投資。該計(jì)劃包括材料回收、加快國(guó)內(nèi)采礦工作以解決日益嚴(yán)重的材料短缺，以及尋找制造不含鈷和鎳的鋰離子電池的方法。
另外，能源部還計(jì)劃向電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)設(shè)施提供170億美元的貸款，而拜登政府已承諾提供1億美元用于新供應(yīng)鏈的人力開(kāi)發(fā)。
隨著全球領(lǐng)先的汽車(chē)制造商在電氣化方面加倍努力，預(yù)計(jì)電池需求將非常強(qiáng)勁，到2030年左右，電池產(chǎn)量將難以跟上需求的步伐。對(duì)美國(guó)和歐洲來(lái)說(shuō)，在制造規(guī)模和材料供應(yīng)方面與中國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的努力，可能會(huì)更有效地轉(zhuǎn)向電池創(chuàng)新。
重新思考結(jié)構(gòu)
毫無(wú)疑問(wèn)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電氣化需要比目前市場(chǎng)上的電池續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)、充電速度更快的電池。在過(guò)去幾十年里，提高電池性能的大部分努力都集中在化學(xué)方面。這帶來(lái)了逐步的改進(jìn)，鋰離子電池占據(jù)主導(dǎo)地位，對(duì)它的調(diào)整使我們轉(zhuǎn)向了固態(tài)電池，許多人認(rèn)為這是電池性能的下一步變化。
然而，固態(tài)電池的大規(guī)模商業(yè)化仍需至少十年時(shí)間，成本也依然是個(gè)問(wèn)題。但還有另一種方法直到最近才受到重視，它可以幫助提高任何電池的化學(xué)性能，無(wú)論是現(xiàn)有的還是正在研發(fā)中的：重新思考電池的物理結(jié)構(gòu)。
例如，從傳統(tǒng)的2D電極結(jié)構(gòu)過(guò)渡到3D結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極和陰極都能產(chǎn)生更高的能量和更高的功率性能，解決了電池行業(yè)仍然困擾的兩個(gè)挑戰(zhàn)：功率-能量的權(quán)衡和陰極-陽(yáng)極的不匹配。
當(dāng)然，克服制造和材料供應(yīng)方面的挑戰(zhàn)仍然是關(guān)鍵因素。
我們看到越來(lái)越多的電池行業(yè)的人工智能應(yīng)用和制造業(yè)自動(dòng)化在這方面顯示出巨大的前景。歸根結(jié)底，電池創(chuàng)新是一種整體的方法，那些開(kāi)發(fā)和采用對(duì)性能影響最大、成本最低、與現(xiàn)有制造基礎(chǔ)設(shè)施兼容的技術(shù)的國(guó)家，將在電池競(jìng)賽中領(lǐng)先。
