电池：从锂离子和钠离子技术到电池原材料的介绍
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电池：常见问题从锂离子（Li-ion）和钠离子（Na-ion）技术到电池原材料（包括锂、镍、钴和锰）的电池介绍
作者：马克斯·里德 电动汽车和电池供应链服务首席分析师
电池对能源转型至关重要。它们为新型电动汽车 （EV） 提供动力，并为电网提供能源支持，可再生能源的间歇性供应份额越来越大。
那么，电池是由什么制成的呢？有不同的类型吗？增加电池使用量的好处和挑战是什么？
什么是电池？
电池是电化学储能的一种形式。它们通过电池中包含的材料之间的化学反应组合来储存能量。电池于 200 多年前首次发明，此后由许多不同的材料制成，具有不同的性能指标。
但是，所有电池都有四个共同组件：阴极 、阳极 、电解质 和隔膜 。
电池是如何工作的？
简单来说，阳极 的化学反应会释放流向阴极 的电子和离子。电子流过外部电路（提供有用的能量），而离子流过电解质 。在阴极，一个单独的化学反应会耗尽在阳极上产生的电子和离子。
隔膜 是一种绝缘材料，可防止阳极和阴极（电极）接触。这样可以防止内部短路，从而阻止电池为设备供电。
电池有两种形式：一次电池和次电池。
在原电池 中，阳极和阴极的反应不能逆转，因此电池是不可充电的。这些包括碱性电池。在二次电池 中，电极反应是可逆的。这意味着电子在阴极产生并在充电过程中流向阳极。二次电池示例包括铅酸电池和锂离子 （Li-ion） 电池。电池是由什么制成的？
每个电池都由电极的组成来定义。锂离子电池在 1990 年代商业化，迅速成为电动汽车和储能系统 （ESS） 的首选技术，每种技术都有不同的化学变体。锂离子电池电极材料通过插入或嵌入锂离子（去除单个电子的锂原子）反应以提供/储存能量。由于锂具有高度的正电性（容易放弃其电子）并且离子尺寸小，因此插层是高度可逆的，并且电池具有高能量密度。这导致了高容量、高功率的电池，可以多次充电和放电——高循环寿命。
阳极和阴极材料彼此不同，因为电池的电压是由不同的电极反应决定的。阴极产生的能量越多，阳极产生的能量越少，电池电压就越高。阳极通常由石墨制成，而阴极是镍基或铁基金属氧化物化合物。
镍基阴极还含有其他金属，包括钴、锰和铝。铁基阴极也可能含有一些锰。
主要的正极材料有：
镍基：LiNixMnyCozO2 （NMC） 和 LiNixCoyAlzO2 （NCA）铁基：LiFePO4 （LFP） 和 LiMnxFeyPO4 （LMFP）镍基阴极往往在每克和每升材料和更高的电压下储存更多的锂。这导致了更高的比能量 （Wh/kg） 和能量密度 （Wh/L）。铁基阴极往往成本较低，循环寿命更长。
由于这些原因，镍基化学品是产量有限的电动汽车应用的首选，而铁基化学品则用于ESS应用，其使用寿命长。
锂离子电池是唯一的选择吗——钠离子电池呢？
近年来，钠离子（Na-ion）电池引起了人们的广泛关注。锂离子电池原材料价格的飙升，恰逢钠离子电池材料的技术发展，意味着钠离子电池在某些应用中可以取代锂离子电池。
与锂离子电池一样，钠离子电池也有多种化学变体。然而，这些往往使用较少，甚至没有使用关键矿物。钠离子电池使用硬碳而不是石墨作为阳极材料，有些变体的阴极中不含锂、镍、钴或锰。
改用钠确实有缺点。由于钠离子比锂离子更大更重，因此需要更多的阳极和阴极材料来存储相同数量的能量。因此，钠离子电池比锂离子电池更重、更大。
由于这些原因，我们预计钠离子电池将用于对体积或重量限制较少的应用，例如ESS，或不需要那么多能量存储的应用，例如两轮或三轮电动汽车。
电池使用量增加会带来哪些挑战？
作为能源转型的一部分，电动汽车和储能系统的快速采用并非没有挑战。锂、钴、镍和锰是关键矿物，它们具有集中的供应链，用于战略应用。
此外，电池原材料的使用也因价格、ESG指标和碳足迹而受到审查，所有这些都因地区和生产商而异。这给电池前景带来了不确定性。
事实上，对于新公司来说，生产高质量的材料是一项相对困难的任务，因为需要制造具有特定形状、尺寸和成分且杂质含量低的电极颗粒。此外，为了满足能源转型的需求，扩大电池生产规模（一种复杂的制造方法）创造了一个竞争激烈的行业。随着公司希望保持优势，同时整合上游以减少对原材料成本波动的脆弱性，该行业经常看到技术改进。
宁德时代回应福特汽车暂停密歇根电池厂建设：合作正常推进
当地时间9月25日，美国福特汽车表示，福特已经暂停了在密歇根州投资35亿美元、与中国电池企业宁德时代合作的电动汽车电池工厂建设工作。
9月26日，宁德时代方面对澎湃新闻记者表示，“公司关注了相关新闻，目前与福特合作项目正常推进。”
福特汽车发言人里德(T.R. Reid)对外表示，暂停是出于“某些考虑”。其中是否有受到美国汽车工人联合会罢工的影响尚不明确，而该工厂最终是否会继续建设也尚未做出最终决定。
里德在一份电子邮件声明中表示:“我们将暂停工作，限制马歇尔项目的建设支出，直到我们对自己有信心有竞争力地运营该工厂。”
福特汽车在今年2月宣布了密歇根电池厂的建设计划。工厂位于美国密歇根州南部马歇尔镇，计划在2026年工厂投产时雇佣2500名员工，每年将生产约35GWH的磷酸铁锂电池，能够为未来约40万辆福特电动汽车提供动力。（澎湃新闻记者 森宁）
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