拜登政府上臺后，在各個先進(jìn)技術(shù)方向上和中國展開正面競爭。鋰電池也不例外。6月7日，美國能源部車輛技術(shù)辦公室發(fā)布了“國家鋰電池藍(lán)圖”(National Blueprint for Lithium Batteries)(下稱美國鋰電藍(lán)圖)。鋰電藍(lán)圖設(shè)定了五大目標(biāo)，核心是建立美國鋰電池材料、部件供應(yīng)、自主生產(chǎn)、回收，以及科研引領(lǐng)能力。
美國鋰電藍(lán)圖在研發(fā)方面，提出了2030年要實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)期目標(biāo)：加快研發(fā)，實(shí)現(xiàn)示范和規(guī)?；a(chǎn)革命性的電池技術(shù)，包括固態(tài)和鋰金屬電池，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本低于60美元/KWh，比能量為500Wh/kg，以及不含鈷和鎳。
1國別競爭：中國領(lǐng)先
在美國方面看來，中國和歐洲已經(jīng)在動力電池領(lǐng)域取得了先發(fā)優(yōu)勢。
2015年5月，中國發(fā)布了“中國制造2025”戰(zhàn)略和2018年5月歐盟發(fā)布了“Strategic Action Plan on Batteries”(“電池戰(zhàn)略行動計(jì)劃”)。它們將從規(guī)模經(jīng)濟(jì)、過程學(xué)習(xí)和對關(guān)鍵投入的控制中獲得先發(fā)定價(jià)優(yōu)勢，從而影響美國的競爭力。
美國鋰電藍(lán)圖提到，鋰離子電池行業(yè)似乎正處于一個臨界點(diǎn)，自2010年以來，成本下降了近90%。這個技術(shù)正在打亂全球交通行業(yè)的原本結(jié)構(gòu)，并有潛力在未來幾十年重塑全球交通行業(yè)。在2020年全球電動汽車鋰離子電池制造的747GWh中，美國的占比約為8%(約59GWh)，中國占比約為76%。
美國鋰電藍(lán)圖給出的數(shù)據(jù)顯示，到2025年，全球電動汽車電池制造業(yè)預(yù)計(jì)將增長到2,492GWh，中國產(chǎn)能將達(dá)到1,811GWh，能夠支持具有成本競爭力的電動汽車生產(chǎn)，最高可相當(dāng)于2020年全球客運(yùn)電動汽車銷售的1/4。
反觀美國的電池供應(yīng)情況并不樂觀。彭博社預(yù)測，到2028年，美國將有320萬輛電動汽車銷量和200GW基于鋰離子電池的電網(wǎng)存儲設(shè)備。假如電動汽車平均電量為100KWh，美國則需要320GWh鋰離子電池生產(chǎn)能力，以滿足客用電動汽車的需求。
但是根據(jù)Benchmark Mineral Intelligence預(yù)測，到2028年，美國鋰離子電池的產(chǎn)量僅為148GWh，低于預(yù)測需求的1/2，美國產(chǎn)能完全不能滿足自身需求。
除了電動汽車市場之外，儲能對先進(jìn)電池的需求也將增長，彭博預(yù)計(jì)到2040年全球部署總量將超過1095GW。
美國鋰電藍(lán)圖認(rèn)為，這些預(yù)測表明，美國正在面臨威脅。美國公司將無法從美國和全球市場的增長中獲益，這可能會影響他們的長期財(cái)務(wù)生存能力。美國鋰電藍(lán)圖認(rèn)為，美國的運(yùn)輸、公用事業(yè)和航空部門的供應(yīng)鏈將非常脆弱，需要其他發(fā)展必要的關(guān)鍵技術(shù)。沒有行動，美國風(fēng)險(xiǎn)長期依賴外國電池和關(guān)鍵材料。
為了參與鋰基電池市場，美國需要一個強(qiáng)大的供應(yīng)鏈，以大規(guī)模生產(chǎn)最先進(jìn)、可靠的電動汽車和電網(wǎng)蓄電池。
2美國的擔(dān)憂
美國鋰離子電池的應(yīng)用主要包括電動汽車、固定存儲、航空領(lǐng)域，以及國防領(lǐng)域，尤其電動汽車電池的需求將大幅增長。
(1)汽車產(chǎn)業(yè)事關(guān)國計(jì)民生
汽車工業(yè)是美國不能放棄的產(chǎn)業(yè)。
美國鋰電藍(lán)圖認(rèn)為，電池的開發(fā)和生產(chǎn)對美國具有重要的戰(zhàn)略意義，這既是向清潔能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的一部分，也是參與汽車工業(yè)競爭力的關(guān)鍵因素。汽車制造業(yè)每年推動經(jīng)濟(jì)增長1.1萬億美元。2017年的一項(xiàng)估計(jì)顯示，美國大約有1000萬個就業(yè)崗位與汽車工業(yè)直接相關(guān)，美國5%的就業(yè)崗位依賴于汽車行業(yè)。排放方面，交通運(yùn)輸約占美國溫室氣體(GHG)排放總量的28%，成為美國溫室氣體排放的最大貢獻(xiàn)領(lǐng)域。
因此，占領(lǐng)電池市場對美國企業(yè)未來的生存至關(guān)重要，否則將喪失競爭力。
彭博預(yù)計(jì)，2040年全球電動汽車銷量為5600萬輛，其中17%(大約9600萬輛電動汽車)將進(jìn)入美國市場。如果彭博社預(yù)計(jì)的9600萬輛電動汽車的所有電池都是在國外制造，這將導(dǎo)致約1000億美元的進(jìn)口。要知道，汽車工業(yè)歷來占美國國內(nèi)生產(chǎn)總值的5.5%。
(2)儲能、航空和國防市場的需求不小
除了汽車領(lǐng)域，美國在儲能、航空和國防領(lǐng)域，也對鋰離子電池存在較大需求。
儲能方面，到2020年上半年，鋰離子電池占了受委托的公用事業(yè)固定存儲項(xiàng)目的98%?；阡囯姵氐墓潭茉创鎯ζ鞯哪甓炔渴痤A(yù)計(jì)將從2020年的1.5GW增長到2025年的7.8GW，以及2030年的850GW。
與電動汽車一樣，電動飛機(jī)未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?
近期，美國電動垂直起落(eVTOL)飛機(jī)市場迎來快速發(fā)展，其用于城市包裹交付和最多4名乘客的空中移動。全球eVTOL飛機(jī)市場，到2025年，將達(dá)到為1.62億美元到10億美元之間。下一個將要起飛的將是航空市場預(yù)計(jì)將是擁有約10名乘客的全電動或超電動通勤飛機(jī)。這種飛機(jī)也需要具有高比能量和功率密度的先進(jìn)鋰離子電池。
在國防領(lǐng)域，由于武器系統(tǒng)電池的獨(dú)特性質(zhì)，雖然其只占先進(jìn)電池的商業(yè)市場的一小部分，但戰(zhàn)略意義重大。軍方每年需要數(shù)千種獨(dú)特類型的電池，每年從國防后勤局(DLA)采購金額超過2億美元。
美國如果沒有完整的電池供應(yīng)鏈，國防部的供應(yīng)也面臨到挑戰(zhàn)。
如果這些需求全由國外供應(yīng)商供給，這是美國絕不能容忍的。
因此，美國做出了一個重要的決定，大力發(fā)展鋰電池行業(yè)。
要發(fā)展之前，先要對美國的基礎(chǔ)把把脈。鋰電藍(lán)皮書對美國發(fā)展鋰電池進(jìn)行了SWOT分析。
分析認(rèn)為，相對于外國同行，美國通常鼓勵私營部門、市場驅(qū)動的工業(yè)發(fā)展方法。有各種聯(lián)邦和州的政策影響著電池存儲系統(tǒng)的發(fā)展，但這些政策通常不在政府層面進(jìn)行協(xié)調(diào)。
長期以來的優(yōu)勢，包括如美國公司、大學(xué)和國家實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)能力，可能會被薄弱的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)和技術(shù)轉(zhuǎn)移政策所削弱。
政府支持美國經(jīng)濟(jì)的深度脫碳美國-墨西哥-加拿大協(xié)定(USMCA)的貿(mào)易結(jié)構(gòu)的更新為改善美國的競爭地位提供了機(jī)會。但美國必須從中國獲利，因此中國正在迅速擴(kuò)大產(chǎn)能。
3五大目標(biāo)
基于SWOT分析，美國為鋰電池發(fā)展制定了五大目標(biāo)。
目標(biāo)一確保獲得原材料和精煉材料，并發(fā)現(xiàn)商業(yè)和國防應(yīng)用中關(guān)鍵礦物的替代品。
美國鋰電藍(lán)圖認(rèn)為，強(qiáng)有力、安全的鋰電基地需要獲得可靠的原材料和精煉材料的供應(yīng)，并同時努力開發(fā)可持續(xù)的替代品，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)多樣化。其目標(biāo)是減少美國鋰電制造對稀缺材料尤其是鈷和鎳的依賴，以發(fā)展更強(qiáng)大、更安全和更具彈性的鋰電供應(yīng)鏈。
目標(biāo)二支持能夠滿足國內(nèi)電池制造需求的材料加工基地的發(fā)展。
如今，美國依靠國際市場加工大部分鋰電原材料。生產(chǎn)無鈷無鎳正極活性材料，開發(fā)降低電池材料成本的新工藝，到2025年將電池成本降至60美元/kWh；2030年實(shí)現(xiàn)無鈷和鎳。
目標(biāo)三刺激國內(nèi)電極、電池和電池組制造業(yè)發(fā)展。
近10年來，電池儲能技術(shù)取得了重大進(jìn)展，電池能量密度增加，電池組成本降低約85%，2020年達(dá)到143美元/kWh。國內(nèi)電池和電池包生產(chǎn)仍然需要聯(lián)盟統(tǒng)一的激勵措施，來支持電動汽車的發(fā)展。到2025年。為國防、電動汽車和電網(wǎng)應(yīng)用制定形式適合功能的電池標(biāo)準(zhǔn)；到2030年，將電動汽車電池包的制造成本降低50%。
目標(biāo)四實(shí)現(xiàn)電池報(bào)廢再利用和關(guān)鍵材料的大規(guī)?；厥?，并在美國建立完整的競爭價(jià)值鏈。
美國鋰電藍(lán)圖認(rèn)為，鋰離子電池的回收不僅減少了材料短缺造成的限制，增強(qiáng)了環(huán)境可持續(xù)性，而且支持一個更安全、更有彈性的國內(nèi)供應(yīng)鏈。目前，回收電動汽車電池的壽命結(jié)束凈成本，以及運(yùn)輸目前被歸類為危險(xiǎn)廢物的回收者電池的成本占壽命結(jié)束回收成本的一半以上。
除了回收供應(yīng)之外，廢棄的電動汽車電池還可以過渡到二次應(yīng)用程序，包括電網(wǎng)存儲。第二次使用電池將需要更好的方法來分類、測試和平衡電池組。
到2025年，建立成功的收集、分類、運(yùn)輸和加工回收的鋰離子電池材料的方法，重點(diǎn)是降低成本；到2030年，制定出實(shí)現(xiàn)消費(fèi)電子產(chǎn)品、電動汽車和電網(wǎng)蓄電池90%回收的激勵措施
目標(biāo)五通過大力支持科學(xué)研究、STEM教育(科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué))和勞動力發(fā)展，保持和推進(jìn)美國電池技術(shù)的領(lǐng)先地位
美國鋰電藍(lán)圖認(rèn)為，在不斷加速的電動汽車和儲能市場建立一個競爭和公平的國內(nèi)鋰電池供應(yīng)鏈，這只是作為新的零碳能源經(jīng)濟(jì)的一部分，在全球范圍內(nèi)向高性能和低成本邁進(jìn)的一個階段。關(guān)注新一代鋰電材料(固態(tài)電解質(zhì))研發(fā)，以及新材料、電極和電池制造工藝，仍然是保持美國領(lǐng)先地位所不可或缺的。在此過程中還要十分關(guān)注知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。
到2025年，建立技術(shù)轉(zhuǎn)讓和應(yīng)用前測試協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化伙伴關(guān)系，以確保美國發(fā)明的電池技術(shù)留在美國；到2030年，美國要使革命性的電池包括固態(tài)和鋰金屬電池大規(guī)模生產(chǎn)，使其生產(chǎn)成本低于60美元/kWh，特定能量密度達(dá)到500Wh/kg，并且實(shí)現(xiàn)無鈷和鎳。
可以看到，美國的鋰電藍(lán)圖，沒有對產(chǎn)能提出具體要求，主要強(qiáng)調(diào)對產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)和技術(shù)層面的發(fā)展。
尤其在技術(shù)層面，美國試圖超越中國：中國《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》中，到2030年對動力電池分類成了三大技術(shù)方向，分別為能量型、能量功率兼顧型和功率型，其中對能量動力兼顧型電池能量密度要求最高，2030年的能量密度最高目標(biāo)僅為400Wh/kg，到2035年才調(diào)整至500Wh/kg；而美國在2030年，特殊電池的能量密度就要達(dá)到500Wh/kg。
在成本方面，到2030年，中國動力電池根據(jù)不同路線，電池成本在320-1000元/KWh；美國方面，則要做到60美元/KWh,成本方面也基本差不多持平。
美國對發(fā)展鋰離子電池的野心不小，具體成果如何，且拭目以待。
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