電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
從消費電子到電動車，電池正成為科學界一顆冉冉升起的新星。下一個十年，電池還將改變哪些范疇？
瑞銀集團估計，在將來10年，全球儲能市場可能會增長到高達4260億美元，當下有很多企業正在順應這一潮流，包括化學品公司、電池制造商、汽車公司、太陽能公司和公共事業公司。
人們往往會高估一年的變化，也往往會低估十年的變化。2010年，電池為我們的手機和電腦供電；誰也沒有預料到，到2020年，它也開始為我們的汽車和家庭提供動力。
在過去的十年里，鋰電池產量的激增使得電動車的價格迅速下降，無論在性能上還是成本上，電動車在歷史上第一次具有了商業可行性。鋰離子電池將定義將來十年的下一步，則是大規模使用級儲能。
隨著氣候危機的緊迫性越來越分明，電池儲能成為全球向可再生能源轉型的關鍵。在發電范疇，太陽能和風能正在變得越來越緊要，但是如果沒有有效的儲能技術，在沒有陽光或沒有風的時候，能源的需求還只能依靠于天然氣和煤炭。因此，如果社會想要擺脫對化石燃料的依靠，沒有大規模儲能技術是不可能的。
依據UBS的預測，將來十年儲能成本將下降66%至80%，全球儲能市場規模將增長至4260億美元。在此過程中，整個生態系統將不斷成長演進，以支持電池供電的新時代，其影響將遍及社會每個角落。
電網的重塑
標普全球普氏能源資訊認為，電動車最快可能在將來兩到三年內就能在高油價地區展現競爭力，如果電動車的增長速度快于預期，石油峰值可能會比預期提前到來。
美國知名上市綜合金融服務公司考恩集團（Cowen）在最近給客戶的一份報告中表示，全球電網“將來10年的變化，將比前100年還要多”。
圖為國家電網鎮江電網側儲能電站
在政府補貼和法規逐漸向清潔能源傾斜的情況下，不斷增長的儲能市場為投資者提供了投資機遇。正如上世紀90年的半導體行業一樣，競爭猛烈的電池行業并不總是為投資者提供最佳回報。許多電池公司破產的事實聲明，改變社會的產品可能不會給股東帶來好處和利益。
JMP證券公司分解師Joe Osha表示，在將來5至10年內，電池企業在為電動車制造商服務過程中非得在降低價格方面做得更好。電池行業最終將有一些行業領軍企業從中獲利，但能否為股東創造巨大的回報，依然洋溢不確定性。
相比瞄準純電池企業，投資那些向低碳轉型的能源公司顯然機會更多。比如美國最大的家用太陽能公司Sunrun和美國最大的可再生能源公司之一NextEra Energy目前都在擴建其公用事業規模的儲能設施。
當前，科學家們和企業正在不斷嘗試改變電池的成分，致力于下一代電池技術的沖破。但清潔技術風投公司clean Energy Ventures的創始人Dan Goldman認為，投資人對創新性電池管理系統BMS更酷愛有加，因為它們適用任何電池技術路線。
洛基山研究所的研究人員在題為《沖破性電池:為清潔電氣化時代提供動力》的研究報告當中寫道，“要抓住基于電池的能源轉型背后的巨大機遇”，不僅需要規劃者、政策制定者和監管者，還需要投資者“采取一種生態系統辦法來開發這些市場”。
電池：科學界冉冉升起的新星
最簡單的電池技術可以追溯到兩個多世紀往日。“電池”這個詞本身是一個籠統的術語，因為電池有各種形狀和尺寸—鉛酸蓄電池、鎳鐵電池、鎳鎘電池、鎳氫電池等等。
即使是“鋰電池”—它本身就是一個包羅萬象的術語—在20世紀70年代被首次開發出來，并于1991年由索尼公司為其手持錄像機進行商業化。如今，從iphone到醫療設備，從飛機到國際空間站，它們的身影無處不在。
今年的諾貝爾化學獎頒給了開發鋰電池的三位科學家，或許是這些電池在現代社會中所扮演角色的最大標志。
“在過去的幾十年里，鋰電池的發展非常迅速，我們可以期望在電池技術方面有更多更緊要的發現。”瑞典皇家科學院去年10月表示。“毫無疑問，這些將來的沖破將進一步改善我們的生活，不僅是為了我們的便利，也是為了全球和當地環境，最終是為了我們整個星球的可繼續性。”
電動車：遠景可期
2008年，特斯拉推出了敞篷跑車，是第一家將電池驅動的汽車進行商業化的公司。在此之前，汽車制造商曾嘗試過混合動力車型，但由于加工成本高昂，他們通常對全電動車望而卻步。
但在過去十年里，消費者的口味已經發生了變化。隨著監管的增強，尤其是歐洲多國宣布全面禁售燃油車時間表，傳統汽車制造商不得不調整自身的策略。
今朝，幾乎所有的汽車制造商今朝都提供或計劃提供全電動，至少是混合動力車型。去年11月，福特推出了全電動版野馬，該公司計劃在2022年之前投入110億美元用戶開發40款全電動和混合動力車型，今年3月，大眾汽車也調整自身的計劃，在2028年前將其電動車的車型開發由之前的50款提高到70款。
電動車的電池包價格通常以每KWh的成本來掂量。在過去的十年里，隨著加工的規模化，價格迅速走低。據彭博新能源財經的數據，目前成本約為156美元/KWh，較2010年1100美元/KWh的成本下降了85%。彭博新能源財經預計，到2024年，動力電池包的價格將降至100美元/KWh以下。屆時，電動車可以在價格上與傳統燃油汽車進行PK。
考恩集團（Cowen）的分解師Jeffrey Osborne最近在給客戶的報告中稱，"盡管電動車的概念并不清新，但在這個汽車周期中，與以往的不同之處在于可靠且低成本的電池，讓電動車具有良好的電力儲存和動力能力。"
統計數據顯示，2018年全球新能源汽車保有量超過510萬輛，其中插電式電動車的銷售量已經達到了198萬部，相比全球超過10億輛的汽車總保有量，盡管市場份額很小，但新能源汽車對傳統汽車的替代作用已經開始顯現。依據彭博新能源財經預測，2040年，57%的新乘用車將是電動車，電動車的市場份額整體將超過30%。
特斯拉目前是全球最大的電動車制造商，雖然尚未實現年度盈利，但是最近一個季度已經開始扭虧為盈。從投資角度來看，這家公司的情況有些兩極化，因為它常常達不到交貨目標，以及首席執行官埃隆馬斯克的行為有時也很古怪。
但該公司成功地降低了電池包的成本。這在一定程度上是因為特斯拉在內華達州斯帕克斯的超級工廠運營效率實現最大化，也因為該公司的住宅和公用事業儲能分攤了電池加工的固定成本，還因為受益于政府補貼和超級工廠的運營流程的改進。
電池是電動車的心臟，也是不同電動車的關鍵差異所在，因為汽車的行駛距離，多長時間需要充電，都是由電池的能量決定的。
瑞士信貸在最近的一份報告中表示，針對特斯拉的電池開發能力應當給予更多的信任，該公司的股票評級低于預期，他表示，由于電池的能量密度等因素，該汽車制造商“在電氣化方面比其他汽車制造商更有優點”。
不計政府補貼和汽油節省等因素，特斯拉的緊湊型Model 3起價39,990美元，這意味著它依然比汽油動力的緊湊型汽車貴很多；另外汽車廠還非得處理續航里程和充電時間問題。這兩大問題妨礙了電動車的普及和廣泛使用。
但隨著電池成本下降，標普全球普氏能源技術公司認為，電動車最快可能在將來兩到三年內就能在高油價地區展現競爭力。
“特斯拉以一己之力帶動了整個電動車行業。”IHS Markit全球無機材料總監Austin Devaney 認為，”電動車將開始吸引更多的人加入，因此將來幾年電動車普及率將大幅上升。”
電池供應鏈的投資機遇
電池驅動的電動車依然相對昂貴的主要原由是其加工所需的原材料成本。鋰電池除了鋰之外還需要鈷和石墨等其他礦物質，以及鎳、鋁和錳等金屬。
在鋰的需求方面，電動車今朝已經超過了消費電子產品。標普全球普氏能源資訊表示，盡管對稀土的需求不斷增長，但在過去10年里，稀土價格大幅下跌，主要是由于電動車的銷量低于預期，稀土產量的增長超過了電動車銷售的增長。標普預計，將來五年交通和電力行業的需求將增長近兩倍，隨著“增長勢頭強勁，稀土的需求會超過供應。”
化學品公司Albemarle在世界各地都有鋰礦，包括內華達州的Silver Peak和智利的Salar de Atacama等，很可能都是需求增長的受益者之一，過去幾年里，該股一直表現不佳，去年對該股持有等同買入評級的華爾街分解師比例從80%降至了52%。
但并不是所有人都放棄了這支股票。Jefferies分解師Laurence Alexander去年12月表示，這是“3-5年來最引人入勝的故事之一”。他設定的目標價為83美元，比該股目前的交易價高出15%。
其他鋰礦開采商還包括總部位于費城的Livent和智利公司Sociedad Quimica y Minera De Chile S.A等。
在構成電池包的電芯加工方面，這個市場主要是由松下、CATL、LG化學和比亞迪等亞洲公司主導，巴菲特的伯克希爾哈撒韋公司持有比亞迪近25%的股份。
松下與特斯拉是合作伙伴關系，LG化學為通用汽車和福特等公司加工電池。
去年12月，通用汽車和LG化學宣布，計劃在2023年之前共同投資23億美元，在俄亥俄州成立一家合資公司，專門加工電動電池。通用汽車首席執行官兼董事長Mary Barra在媒體發布會上表示:“新工廠將幫助我們實現規模化加工，將顯著提高電動車的盈利能力和購買力。”
Devaney認為，電動車行業已經到達了一個“臨界點”，今朝，單體電芯和PACK之間的價差越來越小。“五年前……電動車還比較新奇……消費者不一定知道它的好處，今朝他們已經改變了。”
從手機充電到家庭儲能
與傳統的消費電子范疇相比，汽車行業需要更大更好的電池，來滿足電動車的發展，而今朝這種需求已經引發了連鎖反應。由于太陽能價格下跌，加上政府補貼鼓勵消費者轉向可再生能源，戶用儲能系統正在快速增長。
特斯拉的家庭儲能系統Powerwall
JMP的Osha在11月給客戶的報告中稱，提供太陽能和儲能的SunRun公司將在2020年迎來一個出色的財年，很大程度上歸功于公司儲能業務的增長潛力。
“無論從Sunrun本身還是從整個行業來看，戶用儲能已經從一個新奇的東西，越來越普遍地成為了家庭太陽能裝置的一部分。”
特斯拉的戶用儲能系統Powerwall同樣不可小覷，Baird分解師Ben Kallo表示，目前該公司的Powerwall電池被“低估”了，他預計隨著利潤率的提升和規模的增加，特斯拉儲能業務將成為“前景廣闊的范疇”
這兩家公司都提供包括光伏、儲能在內的全面處理方案，但還有其他公司如Enphase Energy，只提供與現有太陽能系統集成的電池。Enphase是今年納斯達克綜合指數中表現最好的股票，上漲了465%。
下一步：大規模使用級儲能
不過，儲能的最大潛在市場不在個人消費者那里，而是大型公用事業公司。
將來的電網將有越來越多的電力是來自風能和光伏等可再生能源。可是，在沒有找到有效的儲能方案之前，這些間歇性的能源將持續依靠化石燃料進行調峰調頻。
簡而言之，目前電網的典型運行方式是，所使用的電力就在片刻之前萌生。庫存并不多，所以供求非得始終保持平衡。
不過，隨著電池價格的下降，越來越多的公用事業公司將鋰電池整合到他們的系統中。目前，它們主要被用來取代所謂的“峰值發電廠”——通常由天然氣驅動的發電廠，只在需求高峰期使用。在那些需要繼續供電的場所，儲能電池開始替代柴油發電機。
政府的刺激措施以及太陽能和風能成本的下降也在加速能源儲存的可行性。
“10年前，電池儲能被寄希望于提高可再生能源在電網中的滲透率，今天，你可以看到，在將來10年里，這一愿望將成為實際。”Ultra Capital總經理Kristian Hanelt告訴CNBC。他補充說，公用事業公司有一個天然的優點，因為他們知道輸電網，了解在哪里可以受益。
NextEra能源公司是美國最大的可再生能源供應商之一，其中包括儲能產品。瑞信最近在給客戶的一份報告中稱，這是他們投資的緊要原由之一，基于NextEra“對快速增長的可再生能源行業的大量投資”和“全球領先的大規模可再生能源開發業務”。其他儲能公司還包括總部位于賓夕法尼亞州的EnerSys，以及在2月份宣布計劃在將來5年內在亞利桑那州投資850兆瓦的電池儲能的Pinnacle West Capital Corporation。
目前，全球最大的鋰離子電池儲能系統位于澳大利亞南部，由特斯拉提供。有100兆瓦的發電能力，這使得它在用電高峰期可以為3萬戶家庭供電。去年11月，運營該電站的法國Neoen公司宣布將持續擴容50%，將該儲能電站發電能力提高到150兆瓦。
在詹姆斯敦附近舉行的官方發布會上，特斯拉展示了世界上最大的鋰電儲能系統。
如果儲能使風能和太陽能更可靠，可再生能源設備制造商和運營商以及化學和材料公司將從中受益。Osborne指出，隨著可再生能源和電動車脫離電網，公用事業公司將需要新的軟件來幫助他們知道電力需求。
“我們認為，電網走向智能化，是下一波IT支出的主要浪潮之一，也是一個在將來10至20年內逐漸顯現的投資主題。從根本上說，智能電網是利用了整個網絡的通信傳感器進行的一項大規模的軟件集成。”他說。
下一個十年
鋰電進入電力系統并非一路坦途。首先，鋰電的成本目前依然偏高，是難以大規模進入電網的主要原由之一；其次，電池著火的事情還是常常發生，長時間儲能鋰電是否最佳方案還有待商榷；第三，目前鋰電需要的原材料鈷，幾乎一半來自于剛果。要怎么樣回收利用并減少對環境的影響也是值得關注的問題。
目前，整個全球有數十億美金被用來尋找替代方案，比如固態電池和液流電池，但目前這兩種方案都還不具備可行性。
雖然將來詳盡哪種電池會勝出還不得而知，但可以肯定的是，電池將在我們將來的生活中發揮更大的作用。
洛基山研究所的研究人員在《沖破性電池:為清潔電氣化時代提供動力》一書中寫道:“隨著電池制造業的大規模投資和技術的穩步進步，最早在2030年，電池將為我們的生活和能源系統帶翻天覆地的變化。”
（注：本文原標題為“The battery decade: How energy storage could revolutionize industries in the next 10 years”，編譯有刪改。）
原標題:下一個十年 電池革命將要怎么樣改變世界？
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