驾驭复杂的电动汽车电池供应链

全球电动汽车（EV）需求持续强劲增长，离不开复杂且不断创新的锂（锂离子）电池供应链的支持，涵盖包括原材料矿物资源开采、电芯制造和电池组装。过程复杂，每个环节都有其特殊的挑战和机遇。 

保证原材料矿物资源供给充足稳定是供应链面临的一项主要挑战，旨在满足日益增长的电动汽车市场需求和应对不断变化的电池要求。在21世纪早期，民用电动汽车小巧紧凑，主要原因是当时的大多数锂电池组容量有限，限制了汽车的续航里程。以雪佛兰2016款Spark电动汽车为例，车身尺寸仅3.7 m (147 in)，续航里程132 km (82 miles)。 在过去十年时间里，人们对汽车的车身尺寸、续航里程、动力性能的期望越来越高，需要通过更加合理的方式组合矿物原料实现更大电池组容量，还需要单体容量更高的电池。

首批电动汽车即将迎来锂电池报废期，行业必须立即着手开发可持续回收方法。核心出发点是尽可能减少浪费，降低原始矿物资源开采量，减轻采矿作业的环境影响。

过去十年，全球范围内的电动汽车数量激增，2023年电动汽车销量创纪录，约售出1050万辆，包括纯电动汽车和插电式混合动力电动汽车。 强劲的发展势头还将延续，预计到2030年，电动汽车的复合年增长率将达32%。统计数据进一步表明人们对稳定且可持续的电池供应链解决方案的迫切需求。

同大多数电池一样，电动汽车电池的生产原料为稀土矿物，含有不同浓度的锂、钴、镍和石墨。在循环经济中，大多数物料都可以回收再利用，不同于内燃机（ICE）油车燃料，需要不断开采和燃烧化石燃料。 

从矿场开采到电池组批发零售，锂和其他稀土矿物需要经过多道处理工序。包括采矿、提炼、电池制造、组装和运输。 

所有中间环节都会影响锂电池的价格，大型电动汽车的电池相当昂贵。以特斯拉 Model S车型为例，2024年电池组更换费用在8,000至10,000美元之间。 

电动汽车电池生产的第一步是在矿产资源丰富的地区开采稀土矿物。大多数物料以矿石形式开采出来，随后进行提炼、加工、浸出和提纯处理。 

需要以负责任的态度采取有效的环境保护措施，否则，采矿作业会破坏森林，减小栖息地，污染水源。同时，稀土矿集中在有限的地区内，会引起人们对地缘政治脆弱性和供应链中断风险的担忧，需要行业利益相关者团结一致，关注市场变化，共同努力，提前规避潜在影响。 

行业正通过扩展矿产资源的多样性，以更环保的方式开展采矿作业，改进电池矿物原料的回收再利用技术，积极应对挑战。这些行动有望减少对地缘政治敏感材料的依赖，保护矿山附近的生态系统，确保水源安全。 

中游将原材料加工处理成电池级化合物。包括加工锂矿，生成氢氧化物、碳酸盐、营养盐等化合物，化合物对于生产电池内电极涂层、阴极和阳极间的电解质至关重要。 

阴极直接影响电池的性能。大多数电动汽车电池的阴极都采用钴镍合金，人们仍在不断探索更安全、更高效、更多样的合金材料。 

锂阳极通常为带石墨涂层的铜箔，在充放电过程中储存锂离子。需要专用石墨，研磨成细粉，均匀细腻地涂覆在铜箔表面。 

产业链中游规模庞大，因为大多数电动汽车电池都包含数千个单体电池。确保材料纯度，保证产品质量，对于安全高效的电池制造至关重要，需要安装先进的测量仪表和分析仪，在线有效监测和控制生产过程。 

将制成部件封装成单体电池，电动汽车通常使用圆柱形电池。随后将单体电池组装成大容量电池组，为汽车长距离行驶提供动力。 

提供满足长距离续航电动汽车使用要求的电池，才能切实提高电动汽车在消费者和消费品市场中的可行性。油车司机习惯在汽车行驶几百英里后加油，现有加油站分布密集。相比之下，电动汽车充电站严重不足。在大多数电动汽车充电站，每次充电需要花费数小时。 

为了破解上述状况，必须继续新建充电基础设施，尤其是快充站。更高储能能力的电池有助于缓解人们对可行性问题的担忧，尤其是在消费者和消费品市场中车辆会长时间停放，有足够的充电时长和机会。 

开发氢燃料电池是解决充电时长问题的另一种技术备选方案，但大多数地区的加氢基础设施都严重匮乏，导致氢动力汽车暂时还不具备可行性。 

锂电池属于危险物质，内部储存有能量，使用高活性的原材料和化学物质制造，一旦接触火花、发生严重变形或结构被破坏，非常容易燃烧爆炸。锂基电解质分解，会释放乙烯、甲烷、氢气等易燃性气体。 

电池受损或充电不当会导致电池温度升高，出现热失控，这是电动汽车的一种严重安全问题。一旦出现热失控，持续增加的热量会蒸发电解质，损坏电池壳体，释放可燃性气体。过度充电会致使电池内形成金属锂，造成内部短路，并与环境中的水分发生化学反应。反应会持续进行，无法通过断电人工结束。不幸的是，热失控在起火前很难预先察觉，因此，高质量电池制造非常重要。

近年来，电动汽车报废产生的废旧电池数量激增，回收电池已成为电动汽车电池供应链的一个关键环节。随着电动汽车的市场普及，人们需要高效率且可持续的回收方法，回收有用矿物原料，减轻采矿作业的环境影响，并为新的电动汽车电池生产补充采矿。

电动汽车电池可以通过火法冶金、湿法冶金等小规模锂电池处理工艺进行回收处理。然而，电动汽车电池体积大、质量重、结构复杂，给有效矿物回收再利用带来了多重挑战。不同的电池回收工厂选择不同的工作方式。在部分回收工厂中，熟练工人团队手动拆解电动汽车电池组；而另一些回收工厂会将整个电池浸没在惰性液体中，阻断氧气接触，降低燃烧风险。 

尽管挑战严峻，但电动汽车电池的回收效率正在快速提高，机器人拆卸等创新技术有助于扩大回收规模。大规模电池回收是人们高度关注的重要研究领域，随着电动汽车市场占有率的屡创新高和电池储能系统的需求激增，未来有待回收的电池数量也会持续上升。 

为了满足快速增长的电动汽车电池需求，必须建立稳定的供应链，涵盖采矿、制造、组装和回收环节。行业还必须保证部件和物料能够跨地理区域顺畅流动，确保电池组高效生产。 

向电动出行方式转变虽存挑战，但它是全球力争碳减排和减少大气温室气体排放的重要举措。可持续应对电动汽车供应链的挑战必须以负责任的态度采购原材料，减轻采矿作业对环境的影响，在电池制造和组装过程中严格控制质量，持续投资电池回收技术。