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鎳和鋰電池

鎳和鋰電池

之前我們聊過鋰電池非常重要的元素之一“鈷”,今天我們再來看看另一種重要元素-“鎳”。

鎳,元素符號為Ni,是一種硬而有延展性並具有鐵磁性的金屬,能夠高度磨光和抗腐蝕,屬於親鐵元素。地核主要由鐵、鎳元素組成,在地殼中鐵鎂質岩石含鎳高於矽鋁質岩石。化學特性方面,它位於第四周期第Ⅷ族,化學性質較活潑,但比鐵穩定。不溶於水,常溫下在潮溼空氣中表面形成緻密的氧化膜,能阻止本體金屬繼續氧化。

鎳和鋰電池

基於以上特性,鎳的主要用途是生產不鏽鋼,但是,這種金屬在全球向清潔能源轉型和動力電池生產中發揮著越來越重要的作用。

其實鎳長期以來一直廣泛用於電池中,最常見的是鎳鎘 (NiCd) 和壽命更長的鎳金屬氫化物 (NiMH) 可充電電池,它們在 1980 年代脫穎而出,得到廣泛應用,在電動工具和早期數碼相機的應用中揭示了行動式裝置的潛力,改變了人們對工作和生活方式的期望。1990 年代中期,豐田普銳斯首次在車輛中使用鎳氫電池。大約在同一時間,鋰離子電池的首個商業應用出現,最初是在攝像機中,後來才慢慢進入了智慧手機、膝上型電腦和許多其他行動式裝置。

下表是一些常見的電池種類。其中,普通的鹼性電池就是我們日常生活最常見的,如五號、七號電池等,它是不可充電一次性的。除此之外,其它表中的電池都屬於可充電的蓄電池。而鎳在蓄電池中的佔據的比例非常大,如鎳鎘電池、鎳氫電池、錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰電池的正極材料都缺少不了鎳元素。

鎳和鋰電池

在電池中使用鎳的主要優勢在於它可以以更低的成本提供更高的能量密度和更大的儲存容量。

含鎳電池技術的不斷進步意味著它在儲能系統中的作用越來越大,有助於使每千瓦時電池儲存的成本更具競爭力。

它使風能和太陽能等間歇性可再生能源的能源生產取代化石燃料變得更加可行。

隨著市場份額的增加,電池技術也在不斷進步,這是含鎳鋰離子電池使用比例將增長的另一個原因。兩種最常用的鋰電池,鎳鈷鋁 (NCA) 和鎳錳鈷 (NMC) 分別使用 80% 和 33% 的鎳;新的 NMC 配方也接近 80% 的鎳。現在大多數鋰離子電池都非常依賴鎳元素。

電動汽車目前在全球汽車存量中所佔比例相對較小,但其市場份額正在增加,預計未來將繼續快速增長。一些預測表明,到 2025 年,它們將佔汽車總量的 10% 以上,其中大部分將由含鎳鋰離子電池供電。

全球鎳產量與需求

目前,全球鎳市場是過剩的。2020年鎳的過剩量在5。3萬噸到11。7萬噸之間(不同渠道的統計量不同)。如果採用世界金屬統計局(WBMS)的統計資料,全球精煉鎳總產量約為242萬噸,而需求為237萬噸,過剩量為5。3萬噸。對於2021年,諾里爾斯克此前公佈了市場預測,預計今年全球鎳產量過剩5。2萬噸到7。5萬噸之間,而2022年預計過剩超過10萬噸。

即使如此,去年特斯拉公司CEO埃隆·馬斯克(Elon Musk)仍然呼籲礦業公司擴大鎳產量,這是因為電動汽車行業對鎳的需求量一直在升高。根據羅斯基爾公司(Roskill)的一份報告預測,到2040年,電動汽車行業對鎳的需求量將增至260萬噸,這個數字超過了去年鎳的全球總產量。

這些年鎳的需求量一直在升高,但過剩量不減反增,這是因為各國鎳產量也在增長。但預計到2027年,鎳將出現供應短缺,因為需求的加速增長會超過產量的增長。

那麼全世界哪些國家是主要的鎳出口國呢?排名前三的是印度尼西亞、菲律賓和俄羅斯。但近些年正在新開發的鎳礦專案中,有很大一部分位於北美,所以不遠的未來,可能北美也會進入最大的鎳供應商行列。

鎳和鋰電池

如果以公司為單位比較,俄羅斯的諾里爾斯克鎳業公司(Norilsk Nickel)是當仁不讓的世界老大,並且長期處於世界五百強之列。雖然俄羅斯的鎳儲存量不是世界第一,但由於俄羅斯鎳礦行業市場集中度較高,諾里爾斯克鎳業公司在俄羅斯境內的鎳礦產量佔據俄羅斯整體產量的90%左右,以此佔據了行業世界第一。

中國鎳現狀

全球已知的鎳礦有三種類型:銅鎳硫化礦、紅土鎳礦和矽酸鎳礦。其中紅土和矽酸鎳礦又可歸類於氧化礦,佔世界鎳總儲量的70%,主要分佈在赤道附近各國,如古巴、印尼、菲律賓、巴西。剩餘的30%則是硫化礦,分佈在加拿大、俄羅斯、澳大利亞、南非和中國。

我國的鎳行業存在一些問題,首先就是鎳礦多為低品味,可採儲量僅佔總儲量的10%。因此,我國非常依賴鎳的進口,對外依賴度超過了90%。但我國只以礦石進口為主,基本不進口成品鎳。進口國家則以菲律賓和印尼為主,兩個國家的進口量佔總進口量90%以上。

近些年,印尼因為種種原因,強烈禁止鎳礦石的出口。好在我國許多企業提前佈局減弱了此危機。比如青山控股在2009年就在印尼買下了4。7萬公頃的鎳礦,寧德時代在印尼直接建廠,冶煉鎳礦,還有格林美、恆順電氣和青島中程等中國企業也進行了鎳資源相關投資。另外由於印尼的禁令只限制含鎳量超過1。7%的礦石,我國於是隻進口含鎳量低於1。7%的礦石,而這些礦石只被定性為鐵礦石。

菲律賓也不消停。在2018年,菲律賓以對環境破壞等原因開始停止多種礦產資源的開採,其中也包括鎳礦的開採,但好在時間不久就因種種壓力放寬了限制,現在我國從菲律賓的進口量以遠遠超過了印尼。

以上種種,讓我國暫時沒有鎳資源的危機,但未來如何還很難說,我們必須居安思危,開拓更多了鎳進口渠道,才能在接下來的競爭中處於不敗之地。