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【深度解析】特斯拉的“锂电梦”或倚靠中国锂业

导读: 特斯拉的Gigafactory,50GWh的产量,有35GWh自产,还有15GWh只是组装。不论是自产还是组装,原材料都需要锂,锂的耗量大约三万两千五百吨碳酸锂当量。按照推算,特斯拉的这个“电池梦”很大程度上还要看中国锂行业接下来几年的表现。

  一、特斯拉锂电池梦想有多大

  美国的电动汽车制造商特斯拉(Tesla)正在内华达州兴建一座巨型电池工厂:Gigafactory,为其电动汽车提供电力。设计年产量50GWh。预计2017年投产,2020年达产。

  50GWh是什么意思?就是电池的总功率,就是相当于50台100兆瓦的发电机组的容量。即使效率较高的电厂,也相当于每个小时耗标准煤一万五千吨。所以说50GWh的容量是一个相当大的规模。

  这种电池采用的是锂电池技术,跟我们手机和笔记本电脑里用的电池是一个样,只是用在汽车上功率和电压不同,需要许多节电池来串联(满足电压)和并联使用(满足电流和功率)。

  再具体一点,特斯拉目前采用的是日本松下(Panasonic)18650型号的钴酸锂电池技术。特斯拉Model 3还拟采用电功率密度更高的20700钴酸锂电池。

  不管使用什么型号,只要是锂电池就要用锂,这是怎么也绕不过去的。而这却是一个坎儿。

  二、锂电池的分类

  实际上锂电池有两种,一种可以是真正的锂电池,叫作锂原电池,用锂金属做成,一次使用,不能再充。还有一种就是锂聚合物电池,叫作锂离子电池。我们通常使用的就是后者,可充电。本文的锂电池都是指锂离子电池。

  锂电池主要有四大组件:正极,负极,电解液和隔膜。正极是由锂晶体组成的,电解液里也有锂。隔膜把正负极隔开。当充电的时候,锂离子就会在电解液力穿过隔膜从一边到另外一边,放电的时候就又回来。正负极就相当于房子,锂离子就在充电和放电中来回搬家。

锂离子电池结构

  锂离子的质量好坏,就取决于这房子的好坏。如果锂离子两边走的时候,房子倒了一些,或者把锂离子锁住出不去了,你的电池就使用时间不长。如果房子一直完好,就可以反复充电下去而不减少容量。

  当然这个房子的比喻只是一个方面,如果锂离子在游荡的过程中产生热,就会存在安全问题。如果隔膜破裂就会出现短路问题等等等等。

  锂电池的原理很简单,制作工艺也不复杂。一个研究生在实验室里,有一个手套箱一个马弗炉再加上一些锅碗瓢盆就可以自制锂电池。

  锂电池易做,但是锂电池要做好,却是十分困难的事情。这就像炒菜,原材料要好,火候等都重要。这里只说原材料中最关键的一种:锂原材料。

  三、锂从哪里来?

  锂电池中的正极和电解液都需要锂,其中正极用的锂最多。正极材料有很多种,比如镍锂,镊钴锂,锰锂和磷酸锂铁等。什么样的正极材料就叫什么电池。比如特斯拉用的钴酸锂电池就是用钴酸锂LiCoO2为正极材料。

  正极材料中的锂主要来自两种产品:碳酸锂和氢氧化锂。目前,碳酸锂占多数,氢氧化锂占少数。但特斯拉用的钴酸锂正极却是采用氢氧化锂工艺,所以氢氧化锂在最近开始走俏。

  碳酸锂和氢氧化锂的上游原材料有两种:一种是锂辉石(spodumene),一种氧化锂含量在8%的硅铝锂晶体矿石。还有一种是盐湖中的卤水(brine)。锂不是什么稀缺金属,到处都有。海水里就有,但浓度太低。美洲还有锂粘土,目前还处于研发阶段。有经济开采价值而且有商业运行经验的就只有锂辉石和盐湖卤水这两种。

锂辉石

  锂辉石是一种硬石矿。一般含有1%左右的氧化锂。只有澳大利亚西澳Greenbushes的矿是特例,氧化锂含量4%左右。所以目前只有Greenbushes的锂辉石矿在开采,其它矿成本较高或尚未开发或停产。最近几个月,碳酸锂价格猛涨,含氧化锂1%的锂辉石矿也开始变得有开采价值了。这些矿主要在澳大利亚的西澳州和加拿大的魁北克省。中国也有几个矿。

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