德国北部朗格尔斯海姆,德国米尔海姆位置

首页 > 经验 > 作者:YD1662024-01-15 00:24:45

2019年还是TIME杂志的封面人物和年度人物,那时候可是“小甜甜”呢

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2022年就成为“牛夫人”了,这…

作为战略和焦点元素的锂

欧盟这次为什么选择锂化合物作为有毒有害物质和危险品进行管制?锂又为什么会成为21世纪的战略焦点元素?或许我们可以通过分析锂的性质窥见一二。

锂虽然是金属元素,却是金属中原子核最小、密度最小的。锂金属的密度仅有0.53 g/cm³,而原子半径也仅有0.15nm。不要小看这两个性质,它直接决定了锂为什么在21世纪突然名声大噪,并成为了这几年的焦点元素。

锂一般不被认为是一种有毒的元素,少量的锂本身就是一种情绪稳定剂,可以用于治疗或控制狂躁症等。但过量的锂,哪怕是仅略高于推荐用量,的确会导致中毒甚至死亡。

锂为人们所熟知,其实至少经历了两个阶段。第一个阶段,始于20世纪七十年代,以美国科学家约翰·B.古迪纳夫、英国科学家M.斯坦利·威廷汉和日本科学家吉野彰为代表的学术和工业界发明了可充电的锂电池,并逐步将其实用化。作为对这三位科学家原创性工作的认可,2019年诺贝尔化学奖就被颁发给了他们。

事实上,可充电电池早就不是秘密,但为什么锂充电电池就赢得了这么大的关注呢?一方面是因为锂作为活泼的碱金属,其电位是最低的,这样才有可能在正负极之间产生最大的电位差,才有更高的工作电压,对应的就是储存更多的电量;另一方面,就是前面所提到的,锂在金属中最小的原子半径和最低的密度,这既可以让锂电池可以耐受更大的充放电电流,又可以让锂电池比其它电池更加轻巧。

正是因为可充电的锂电池具备高电压、可快充快放、能量密度高的特点,其在各类小型电器,如手机、笔记本电脑、航模、相机等领域得到了广泛的应用。几乎每一样现代电子设备中,都可以找到可充电锂电池的身影。锂离子电池作为可充电锂电池的代表,进入了千家万户。

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湖北宜昌:楚能新能源锂电池智能制造项目一期场平加紧施工。图源:视觉中国

第二个阶段,则始于本世纪的一零年代。在低碳减排的背景下,传统燃油汽车的尾气排放受到了越来越明显的关注,新能源汽车则开始异军突起,以低排放甚至零排放的优势,得到了主流汽车制造大国的大力发展。关于新能源汽车的发展,我此前已经有几篇文章进行过介绍了。

那么,能够快充快放、能量密度高、自放电率低的锂离子电池,很自然地成为了现阶段新能源汽车的绝对主流。也正是从这个阶段开始,锂伴随着锂离子电池产量的飞速发展,逐步成为了一种战略资源,甚至左右着世界经济的发展和地缘政治的变化。说锂是21世纪的焦点元素,毫不夸张。

锂本身是一种轻元素。根据2022年美国地质调查局的报告,其认为全球探明锂资源,包括盐湖卤水、地热卤水、锂蒙脱石、油田卤水、伟晶岩等,约为8900万吨,主要分布于:玻利维亚,2100万吨;阿根廷,1900万吨;智利,980万吨;澳大利亚,730万吨;中国,510万吨,而美国探明储量为910万吨。生产方面,根据中国有色金属工业协会锂业分会统计数据显示,2021年中国碳酸锂产量为29.82万吨,同比增长59.47%。

至于价格,得益于动力锂电池对锂的强劲需求,锂的价格近年来涨势明显。2021年1月,中国每吨碳酸锂价格仅仅为7000美元,到了11月已经涨到26200美元。2022年6月,这个数字已经突破了68000美元,不到一年半,涨价近10倍。

那么,是不是锂不够用了呢?其实也不是的。根据目前的技术,每辆纯电动汽车大约需要30公斤碳酸锂。如果全世界电动汽车保有量达到7亿辆,也就是渗透率达到约一半,那么总共需要2100万吨碳酸锂。即使把全世界现在所有的汽车全换成电动汽车,也就需要4200万吨碳酸锂。

可能有人会问,汽车每年都会生产,那对锂的需求不是每年都有吗?现在汽车年产约为8000万辆,如果全部是电动汽车,相当于每年需要240万吨碳酸锂,这比现在的产量要高多了,锂矿又不是可再生的,用完了怎么办?

这就像特斯拉CEO马斯克说的那样,电动汽车并不消耗锂,锂资源只是暂时存储在电池里,它并不会像汽油那样被消耗掉。所以,从某种意义上来讲,每辆电动汽车,实质上就是一座移动的小型锂矿。而如果是三元锂电池,那还是一座移动的小型镍矿、钴矿。只要我们能够妥善、充分、环保地利用退役的汽车锂电池,锂资源就不会枯竭。

动力电池锂回收

很多人对动力电池存在偏见,认为锂、镍、钴的开采,以及动力锂电池的生产已经有一定的污染了,而报废的电池会造成更大的污染。这实际上是一种认知误区。

因为汽车锂电池和我们日常用的电池有本质的区别:首先,单块汽车锂电池是很大的,和手机锂电池、笔记本锂电池不同,汽车锂电池单块可能就有数百公斤,这使得其回收集中度非常高。

同样是收集一吨废弃锂电池,如果是手机电池,可能需要收集3万块废电池;如果是笔记本电池,可能需要收集6000块废电池;但如果是动力锂电池,只需要3台汽车就够了。

其次,和手机、电脑不同,汽车的报废是受到法律严格监管的。法律很难监管到你随意丢弃一台手机,但一定可以监管你不能随意丢弃一辆汽车,尤其是电动汽车。这种监管,使得汽车动力锂电池的回收率可以天然保持在一个很高的水准。

而锂、镍、钴价格的飞涨,也使得动力锂电池的回收具备很高的经济价值。仅回收锂一项,单台汽车电池就可以创造约1-2万元的价值;而算上镍、钴、铜、锰、石墨等可回收资源,单块电池完全回收创造的价值将超过3万元。

更何况,动力电池里相关有价元素的含量远高于自然开采的矿石品位。根据废旧三元锂电池组分研究,其正极材料里,钴占5%-20%,镍占5%-12%,锰占7%-10%,而锂占2%-5%。而电池中集流体还可以回收大量铜、铝等金属。这种经济上的利益,以及回收上的便利,将极大地刺激相关回收产业链的发展。

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图:不同类型锂电池中正极材料里的元素组成(图源:startup-energy.org)其中,NMC为镍锰钴类型电池,NCA为镍钴铝类型电池,LCO为钴氧化物类型电池,LMO为锰氧化物类型电池。

事实上,国内外已经有不少科研机构和企业早已开始相关的探索和业务了。有国外报道指出,中国现在有25家工业规模的电池回收企业,而全球锂电池回收能力可达每年25万吨,且仍在迅速增长。

在国外,美国的Redwood Materials公司,加拿大的Li-Cycle公司,以及美国能源部ReCell中心等,都在致力于开发锂电池回收技术和项目。

作为新能源汽车产业头部玩家,世界上最大的新能源汽车生产基地、世界上最大的新能源汽车市场,我国在这方面也出台了众多政策。2021年11月,工信部印发的《“十四五”工业绿色发展规划》里,废旧动力电池回收利用就写进了国家五年发展规划。据测算,我国2025年退役动力电池可能达到35万吨,2027年可能会达到240万吨。相关企业,如邦普、格林美、金泰阁、瑞隆等,都开发了相关的业务。

目前,动力锂电池的回收可分为预处理、浸出、深度处理三个过程。按照工艺划分,又分为火法回收工艺(干法回收工艺)、湿法回收工艺和生物法回收工艺。

湿法工艺是目前相对较为成熟的一种工艺,其效率相对也较高,回收率可达70%-98%。当然,目前存在的不足则主要是可能产生有毒气体,及引入有害杂质元素等。大规模的回收利用技术仍在快速迭代开发中。尤其是在经济利益和政策法规的双重引导和驱使下,相信相关的技术将会得到迅速发展。

回到欧洲关于将锂化合物归类为危险物质的提案来。常规锂化合物,如碳酸锂、氢氧化锂本身就属于强碱性物质,和常见的碳酸钠、氢氧化钠的化学性质是比较接近的。而后者则是非常普遍的化工原料甚至是食品工业的原料。

虽然锂对人体的影响的确远高于钠,但这种归类为危险物质,必然会对锂化合物的各种环节造成影响,会明显提升任何包含锂的环节的成本,实际上就是变相地排斥了锂相关的产业链。背后的原因,连很多欧美人自己都没弄明白,就很迷的那种感觉。

笔者这里也只能猜测,可能是传统车企受到新能源车企的挤压,试图通过这种形式来缓解自身的压力。

特斯拉CEO马斯克最近还说在德国柏林的工厂一直处于亏损状态,原因就是德国本地的“环保团体”想尽任何方法来阻碍特斯拉柏林工厂的正常运转,以及抬高其运行成本,最终就是试图将其逼走。这些“环保团体”怎么会有这么大的能量,是否有传统车企通过NGO甚至是地方政府来施加影响力,很值得玩味。

当然,最终这项法案是否会得到最终执行,其实也应该打上一个问号。欧洲已经够分裂了,这个打着环保和公众安全旗号的法案,让我们发现了欧洲环保主义的多重标准,只是欧洲众多分裂中的一个缩影罢了。

对于中国来说,当我们认定了发展的方向,就会制定长期的、可行的政策,并坚定不移地执行下去,这是中国最大的优势。低碳减排也好,能源安全也好,产业弯道超车也好,只要我们明确了方向,我们就是一个字:干。撸起袖子加油干,并且在*过程中,一个一个地发现问题并解决问题。

没有电池就造电池;没有芯片就造芯片;锂不够了就去海外找,去海外收购;电池可能起火,就开发稳定的电池技术和电池管理技术;电池要退役了,就发展资源回收技术和产业…… 一步一个脚印,稳扎稳打。

欧洲分裂就让它分裂吧,美国党争就让它党争吧。而我们只相信一句话:团结就是力量。

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