在接下来的嘉宾讨论中,Kyle Pennell深入探讨了电池电动车的锂可用性问题。Kyle Pennell是PowerScout的内容经理。该公司利用先进的数据分析和软件技术,为消费者提供找到适合自己的智能家居项目,并找到最好的承包商来执行项目的可能性,其总部设在美国。

 

Sonnen battery (Foto: sonnen GmbH)
© sonnen GmbH

在过去的十年里,家用太阳能系统的安装比例急剧上升。随着工业的发展,太阳能电池的市场也越来越小。对于尚未连接至大电网的家庭来说,太阳能电池是至关重要的。但太阳能电池在那些与不稳定电网相连的家庭中也很常见,或者在分时电价政策下,人们想要最大限度地节省开支。

Share of lithium consumption of different technological fields

图1:不同技术领域的锂的消耗份额

锂离子电池比其它种类电池有几个优点。它们比铅酸电池放电更加充分,能量密度也更大。虽然锂离子电池的价格仍然高于铅酸电池,但它的价格却在稳步下降。由于以上这些原因,锂离子电池是家庭太阳能储存的首选,而主要的生产商,像特斯拉和LG Energy等,就是生产锂离子电池。总的来说,锂离子电池的生产消耗了2015年使用的锂的35%,而2007年这一比例还不到20%(详见图1)。

但锂离子电池不仅用于太阳能电池系统。它们还被用于手机、无绳电动工具、笔记本电脑和其他高科技设备。电动汽车则是锂离子电池消耗最大的行业,其在2015年和2016年消耗了大约64%的锂离子电池,如图2所示(来源: Seekingalpha)。

Share of different technologies in lithium-battery usage

图2: 锂电池不同应用的份额

在过去的几十年里,每一种技术都变得越来越普遍,因此,对锂的需求也以相应的速度增长。

并且,受到汽车行业的影响,对于锂电池的需求没有放缓的迹象。福特和通用汽车去年宣布,他们将大幅扩大电动汽车的供应量,今年将推出新车型,到2023年将有多达20种不同的电动汽车。当特斯拉位于内华达的Gigafactory 1号达到全产量时,该公司每年将为50万辆汽车生产电池,除此之外,它还安装在家用太阳能电池系统Powerwall上。

但对锂的争夺让一些分析师担心产量水平将无法跟上。例如,在2010年到2014年间,锂离子电池的消耗量增加了73%,但生产水平只增长了28%。锂离子“megafactories”(电池生产工厂,每年电池生产容量超过1兆瓦时)的数量从2014年的仅有2个增加到如今的20多个。许多分析师预计,到2030年,锂的需求可能会是目前水平的两倍或三倍

风险不在于锂材料的供应,而在于无法满足电池需求。

在绝对的意义上,锂的供应几乎都没有下降的风险;未来十年,全球锂储量可能会减少不到1%。真正的危险是,锂不会被回收,而且很快就能满足日益增长的需求。

锂有两种来源:盐水和矿藏。盐水通过一种被称为盐水开采的方法被回收,在这种过程中,溶解的锂(以及其他有用的元素)通过一个长期的、能量密集的、昂贵的过程被提取出来。从矿井中回收锂更为直接,但世界上大部分的锂都在南美的盐水池中。2016年生产的3.5万吨铁矿石中,约有一半来自智利和阿根廷的盐水生产。

美国几乎没有锂的储备。在2013年美国生产了870吨,但进口超过2,200吨。在进口的锂中,97%来自智利和阿根廷。

对锂电池可用性的担忧导致了其价格的飙升。2010年,锂的售价为每吨5180美元。到2012年,每吨的成本将超过6000美元,到2017年底,每吨1.4万美元——比2010年的水平增加了270个百分点。图3(来源:USGS)显示了价格的急剧上涨。

Price development of battery-grade lithium carbonate

图3:电池级碳酸锂的价格趋势。

另一个问题是,研究人员似乎并没有准确地记录到底有多少锂。在2008年到2010年间,对全球锂储量的估计有5个完全不同的数字。最低的估计是390万吨,而最高的数字是10倍。为了满足日益增长的锂需求,锂矿业公司承诺将向目前正在运营的16个生产基地开放20个新的生产基地。第一个基地将于明年开放。

根据阿贡国家实验室的说法,最低限度是“在可预见的未来,可用的材料不会被耗尽。”已知的锂储量可以满足世界对2050年的需求。

虽然含有锂的设备可以被回收利用,但没有一种回收技术能够使锂的纯度足够用于新的锂离子电池。未来,锂消耗行业将需要相互合作,以开发一个回收过程和基础设施,以便更好地回收锂和应用于锂离子电池中的其他珍贵材料

更大的问题是对真正稀有金属如钴和石墨的需求不断增长。韩国跨国公司三星(Samsung)和LG化学(LG Chem)已经开发出了使用更多镍和更少钴的电池。钴的问题尤其严重,因为它经常在刚果民主共和国被开采,那里的奴隶和童工普遍存在,政治局势不稳定。因此,在电池生产中,确保原料开采过程合乎伦理、获得价格合适的钴和其他生产锂电池必须的材料将具有挑战性。