替代电池技术层出不穷，谁将主导电池市场？

  [中国石化新闻网 2024-12-13]
  编者按
  电池技术的突破性进展正在重塑能源版图，加速电动时代的进程。锂离子电池是目前电池行业的主流，同时钠离子电池、锂硫电池、固态电池和硅阳极电池正成为最有前途的传统锂离子电池的替代品。本专题聚焦电池技术最新进展，展示中国石化助力电池产业发展的创新实践，探索能源化工企业如何把握时代机遇拓展新赛道。
  ● 庞晓华
  “在能源史上，我们已经见证了煤炭时代和石油时代，现在正在快速进入电动时代。”国际能源署署长法提赫·比罗尔在日前年度《世界能源展望》报告发布会上表示。
  国际能源署（IEA）在近期发布的《电池和能源安全转型》报告中指出，2023年全球新增1400万辆电动汽车，动力电池部署规模同比增长超过40%，预计未来几年还将进一步强劲增长。到2030年，全球动力电池和电池储能市场规模有望在目前1200亿美元的基础上，增长到5000亿美元以上。
  动力电池被称为电动汽车产业链的“护城河”，其成本迭代与技术迭代关乎下游整车产品的竞争力，市场规模的扩张正在吸引大量资金涌入，以研发更可靠的电池解决方案，帮助电动汽车实现更长的续航里程，也为电池市场带来更多的技术创新变革。
  锂需求推动技术替代
  锂离子电池是目前电池行业的主流产品。电池制造商极度依赖锂生产商来获取其产品所需的锂资源，对锂资源的需求日益增长，而锂矿的供应却相对有限。此外，锂离子电池需要大量的水和能源来生产，且回收难度大。电池制造商正在积极寻找优化或替代方案，提升电池性能。
  不断增长的锂需求和对环境的担忧正在推动人们寻找替代电池技术。钠离子电池、锂硫电池、固态电池和硅阳极电池成为4种最有前途的传统锂离子电池的替代品。每种技术都有其独特的优势和局限性，目前尚不清楚哪一种技术最终将占据主导地位。
  钠电池崭露头角
  英国法拉典公司和ICM投资公司联合研发的钠离子电池受到广泛关注。法拉典公司首席执行官詹姆斯·奎因表示：“钠是一种比锂更可持续的电池材料。钠储量丰富、分布广泛，原料成本相对较低且易获取，提取的用水量也更少，提取一吨锂所需的水是提取一吨钠所需水的682倍。”
  不仅如此，钠电池易燃风险低，在储存和运输过程中更加安全。然而，钠电池也有缺点，即能量密度低、充电周期短。目前，科学家正在努力攻克这一难题。
  锂硫电池前景可期
  另一种替代方案是锂硫电池，即在阴极中使用硫而不是镍、锰和钴等稀土资源。硫在地壳中含量更丰富，同时也是天然气加工和炼油的副产品，这意味着它比稀土资源更易获取，在材料成本上更具优势。锂硫电池有超高理论能量密度和环境友好等优势，被认为是最有前景的下一代电池器件之一。
  尽管锂硫电池的充电能力尚待提升，但其在电网存储等领域的应用潜力已被广泛认可。韩国LG新能源公司已成功试飞了一架由锂硫电池驱动的无人机，并计划到2027年批量生产能量密度为锂离子电池2倍的锂硫电池。
  固态电池新星崛起
  固态电池是指将传统电池中的电解液变为固体电解质，以大幅提升能量密度，而更高的能量密度意味着更长的续航里程。固态电池由于易燃风险低、能量密度高和充电快，被视为未来电池技术的有力候选者。但这一路线仍有诸多技术问题待突破，且生产成本比钠电池高。
  许多业内专家认为，固态电池仍需找到一种理想的固体电解质来有效地为电池供电。总部位于美国科罗拉多州的Solid Power公司已经发明了一种硫化物电解质电池，其能量密度比传统的锂离子电池高50%~100%。该公司的目标是到2028年每年为80万辆电动汽车提供固态电池。
  硅阳极电池潜力巨大
  咨询公司IDTechEx今年5月发布报告称，硅阳极材料在提高电池性能等方面潜力巨大。几年前，硅阳极电池的保质期只有一年，但现在已经延长至3~4年。硅阳极的能量密度是目前商用锂离子电池中最常用的石墨阳极的10倍。但当电池阳极材料中使用更多的硅时，这些材料的降解速度会加快。目前，该技术的商业推广仍存在一些障碍，如电池循环寿命短、成本高等问题。
  目前，石墨阳极供应链主要由中国主导，中国阳极生产商占据了全球电池阳极市场的98%。咨询公司Fastmarkets的电池材料分析师格奥尔基·格奥尔基耶夫表示：“硅阳极的研发在西方国家被视为有望在该领域追赶中国的战略机遇。然而，要达到100%的硅阳极，仍面临重大的技术挑战，比如硅膨胀会影响电池的寿命，目前已经有几种生产硅阳极的方法。”