隨著世界各國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)計到2030年，全球電動汽車電池市場規(guī)模將達到近1萬億美元，美國、中國和歐洲正競相在大規(guī)模生產(chǎn)更廉價、更高效和更安全電池的競爭中占據(jù)一席之地。
中國正在主導(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，目標是到2025年成為第二大電池生產(chǎn)地區(qū)。盡管美國擁有更多的技術(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。
中國的主導(dǎo)地位
2019年，中國化工企業(yè)占全球電池原材料總產(chǎn)量的80%。到2029年，將有136家計劃中的鋰離子電池工廠建成，其中101家位于中國。剛果的鈷礦（絕大多數(shù)鈷金屬都產(chǎn)于剛果）由中國壟斷。
還有，中國一直在購買澳大利亞和南美洲的采礦業(yè)務(wù)的股份，這兩個地區(qū)是世界上鋰儲量最多的地區(qū)。事實上，中國的天齊鋰業(yè)目前擁有世界上最大鋰儲量的51%。
到2023年，歐洲的鋰離子電池生產(chǎn)能力將超過美國。到2023年，歐洲的電動汽車電池需求將超過每年200 GWh，到2028年將達到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%，中國的預(yù)期份額可能從77%下降到65%。
盡管美國在主導(dǎo)市場的鋰離子電池技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，但缺乏國家戰(zhàn)略一直阻礙著該國的電池生產(chǎn)。
為了解決這一問題，美國能源部2021年6月發(fā)布了《國家鋰電池藍圖》，指導(dǎo)開發(fā)國內(nèi)價值鏈的投資。該計劃包括材料回收、加快國內(nèi)采礦工作以解決日益嚴重的材料短缺，以及尋找制造不含鈷和鎳的鋰離子電池的方法。
另外，能源部還計劃向電動汽車生產(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)鏈的人力開發(fā)。
隨著全球領(lǐng)先的汽車制造商在電氣化方面加倍努力，預(yù)計電池需求將非常強勁，到2030年左右，電池產(chǎn)量將難以跟上需求的步伐。對美國和歐洲來說，在制造規(guī)模和材料供應(yīng)方面與中國競爭的努力，可能會更有效地轉(zhuǎn)向電池創(chuàng)新。
重新思考結(jié)構(gòu)
毫無疑問，實現(xiàn)大規(guī)模電氣化需要比目前市場上的電池續(xù)航時間更長、充電速度更快的電池。在過去幾十年里，提高電池性能的大部分努力都集中在化學(xué)方面。這帶來了逐步的改進，鋰離子電池占據(jù)主導(dǎo)地位，對它的調(diào)整使我們轉(zhuǎn)向了固態(tài)電池，許多人認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)化仍需至少十年時間，成本也依然是個問題。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)過渡到3D結(jié)構(gòu)，陽極和陰極都能產(chǎn)生更高的能量和更高的功率性能，解決了電池行業(yè)仍然困擾的兩個挑戰(zhàn)：功率-能量的權(quán)衡和陰極-陽極的不匹配。
當然，克服制造和材料供應(yīng)方面的挑戰(zhàn)仍然是關(guān)鍵因素。
我們看到越來越多的電池行業(yè)的人工智能應(yīng)用和制造業(yè)自動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，那些開發(fā)和采用對性能影響最大、成本最低、與現(xiàn)有制造基礎(chǔ)設(shè)施兼容的技術(shù)的國家，將在電池競賽中領(lǐng)先。
