供稿|羅曄

近年來(lái)，由于倫敦金屬交易所(LME)行情對(duì)經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)產(chǎn)生較大影響，因此，韓國(guó)POSCO集團(tuán)的鋼鐵和有色金屬業(yè)務(wù)都具有一定不確定性。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，POSCO集團(tuán)一直在努力實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)多元化，2018年11月正式將鋼鐵、全球基礎(chǔ)設(shè)施和新發(fā)展等三大業(yè)務(wù)板塊的銷(xiāo)售比重分別定為40%、40%和20%，并持續(xù)到2030年。

據(jù)SNE Research等研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，隨著全球電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)和鋰電池市場(chǎng)的迅速增長(zhǎng)，純電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)(BEV和PHEV)等全球電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的銷(xiāo)售額將從2020年的300萬(wàn)輛增長(zhǎng)到2025年的900萬(wàn)輛，鋰電池市場(chǎng)規(guī)模也將從2020年的329 GWh擴(kuò)大至2025年的610 GWh，年均增長(zhǎng)率將超過(guò)22%[1]。電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展也將推動(dòng)二次電池市場(chǎng)的增長(zhǎng)，從而對(duì)正極、負(fù)極材料和鋰等原材料產(chǎn)生大量需求。這些市場(chǎng)變化為POSCO集團(tuán)提供了展現(xiàn)能力的好機(jī)會(huì)。POSCO集團(tuán)擁有向全球汽車(chē)制造商提供鋼材的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)汽車(chē)行業(yè)有著較為深刻的了解。因此，POSCO集團(tuán)從2019年起加速發(fā)展二次電池業(yè)務(wù)，而POSCO化學(xué)公司則是負(fù)責(zé)該業(yè)務(wù)的子公司。

截至目前，POSCO集團(tuán)已經(jīng)初步構(gòu)建了“從非金屬原料到正負(fù)極材料”的綜合供應(yīng)體制，今后還將致力于打造二次電池材料業(yè)務(wù)。在正極材料方面，通過(guò)收購(gòu)海外鋰礦山和鹽湖等資源的股權(quán)，可以自主生產(chǎn)和加工氫氧化鋰和碳酸鋰。雖然目前產(chǎn)能規(guī)模不大，但隨著材料發(fā)展戰(zhàn)略的正式實(shí)施，產(chǎn)量還將進(jìn)一步擴(kuò)大。在負(fù)極材料方面，POSCO化學(xué)公司已經(jīng)公布了人造石墨新廠建設(shè)的日程表。通過(guò)構(gòu)建“鋰(POSCO)→正極材料(POSCO化學(xué))，煤焦油(POSCO)→針狀焦炭(PMCTECH)→負(fù)極材料(POSCO化學(xué))”的價(jià)值鏈(圖1)，致力于打造二次電池材料核心業(yè)務(wù)[2]。

圖1 POSCO集團(tuán)二次電池材料業(yè)務(wù)的垂直一體化

一次電池在放電后無(wú)法繼續(xù)使用。與之不同，二次電池在儲(chǔ)存電量后可重復(fù)使用，更為經(jīng)濟(jì)環(huán)保，主要應(yīng)用于儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車(chē)、手機(jī)和IT設(shè)備等。二次電池的四大核心要素包括：正極材料、負(fù)極材料、隔離膜和電解液，見(jiàn)圖2。

圖2 二次電池的構(gòu)成及正負(fù)極材料

三元前驅(qū)體由鈷、鎳、錳等金屬結(jié)合制備而成，再與鋰結(jié)合后，就制備出正極材料。正極材料在二次電池的四大關(guān)鍵材料中占比最大。此外，電池充/放電時(shí)從正極材料的晶格中釋放/吸收鋰，從而實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)存和釋放電能。正極材料含鋰越多，容量越大；負(fù)極材料和正極材料的電位差越大，電壓就越大。

負(fù)極材料在電池充電時(shí)儲(chǔ)存鋰離子，在放電時(shí)釋放。也就是說(shuō)，當(dāng)電池處于充電狀態(tài)時(shí)，鋰離子存在于負(fù)極中，放電時(shí)鋰離子會(huì)通過(guò)電解液再次向正極移動(dòng)。

二次電池產(chǎn)業(yè)的價(jià)值鏈主要涵蓋了電動(dòng)汽車(chē)電池、電池正負(fù)極材料、前驅(qū)體及鋰、鎳、石墨等二次電池電極材料原料。其中，鋰具有發(fā)電和充電的作用，鎳有助于延長(zhǎng)汽車(chē)行駛里程，而石墨作為負(fù)極材料的原料，主要用于儲(chǔ)存鋰離子。目前，POSCO集團(tuán)正在大力開(kāi)發(fā)環(huán)保高純鎳冶煉工藝。此外，還計(jì)劃從廢電池中回收鎳及鋰、鈷等金屬，以引領(lǐng)資源循環(huán)。

POSCO化學(xué)公司概況

POSCO化學(xué)公司的前身是浦鐵爐材有限公司，由三和化成有限公司(堿性耐材生產(chǎn)和銷(xiāo)售)和浦項(xiàng)筑爐有限公司(工業(yè)爐維修和建造施工)在1994年合并而成。作為一家綜合性爐材企業(yè)，POSCO化學(xué)公司涵蓋了從耐火材料制造到施工的業(yè)務(wù)。POSCO核心業(yè)務(wù)概況見(jiàn)表1。2008年委托運(yùn)營(yíng)POSCO鋼鐵廠的石灰焙燒設(shè)備，2010—2011年開(kāi)始委托運(yùn)營(yíng)鋼鐵廠內(nèi)化工產(chǎn)品的銷(xiāo)售，2019年由“POSCO化學(xué)科技公司”正式更名為“POSCO化學(xué)公司”。2020年完成了1萬(wàn)億韓元的有償增資，逐步發(fā)展成為電池綜合材料企業(yè)[3]。

表1 POSCO 核心業(yè)務(wù)概況

為著力打造能源材料業(yè)務(wù)，POSCO化學(xué)公司于2010年8月收購(gòu)了LSMTron集團(tuán)的負(fù)極材料業(yè)務(wù)部；2019年4月合并了正極材料生產(chǎn)企業(yè)POSCO ESM公司，從而提高正負(fù)極材料業(yè)務(wù)之間的協(xié)同作用，并通過(guò)整合“營(yíng)銷(xiāo)-生產(chǎn)-研發(fā)”來(lái)增強(qiáng)公司的整體能力(表2)。目前，該公司在韓國(guó)光陽(yáng)、世宗和龜尾等地設(shè)有生產(chǎn)廠，同時(shí)繼續(xù)推進(jìn)海外工廠的設(shè)立，創(chuàng)建全球生產(chǎn)體系(表3)。作為韓國(guó)惟一一家可以同時(shí)生產(chǎn)正極材料和負(fù)極材料的企業(yè)，POSCO化學(xué)公司的負(fù)極材料在全球市場(chǎng)占有率為11%，位居世界第四[4]。通過(guò)為全球電池和汽車(chē)企業(yè)供應(yīng)前驅(qū)體材料，有助于提升客戶(hù)競(jìng)爭(zhēng)力。

表2 POSCO化學(xué)公司二次電池材料業(yè)務(wù)發(fā)展歷程

表3 POSCO化學(xué)公司產(chǎn)能概況

POSCO化學(xué)公司與POSCO鋰業(yè)務(wù)合作開(kāi)發(fā)的高鎳NCM三元正極材料，采用先進(jìn)的智能工廠的自動(dòng)化工藝，有力確保高鎳正極材料質(zhì)量技術(shù)實(shí)力和產(chǎn)量基礎(chǔ)，主要用于電動(dòng)汽車(chē)電池。另外，自主開(kāi)發(fā)了高容量正極材料制造技術(shù)PG-NCM (POSCO Gradient-Ni-Co-M)，使顆粒的中心部分和表面部分組成不同(圖3)，將中心鎳含量提高到80%以上，在不影響熱力學(xué)穩(wěn)定性的情況下提高了產(chǎn)能，同時(shí)確保高容量和穩(wěn)定性[5-6]。POSCO化學(xué)公司主要正極材料產(chǎn)品見(jiàn)表4。

表4 POSCO化學(xué)公司正極材料產(chǎn)品

圖3 PG-NCM的結(jié)構(gòu)特征

POSCO化學(xué)公司是韓國(guó)一家生產(chǎn)天然石墨負(fù)極材料的企業(yè)，實(shí)現(xiàn)了韓國(guó)本土化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量在全球市場(chǎng)獲得廣泛認(rèn)可。其自主開(kāi)發(fā)了低膨脹天然石墨負(fù)極材料和納米級(jí)均勻表面涂層技術(shù)，滿(mǎn)足客戶(hù)的嚴(yán)苛要求，通過(guò)工藝創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)世界一流的生產(chǎn)效率。隨著碳材料業(yè)務(wù)逐步開(kāi)展，目前正在力推人造石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)。POSCO化學(xué)公司主要負(fù)極材料產(chǎn)品見(jiàn)表5。

表5 POSCO化學(xué)公司負(fù)極材料產(chǎn)品

為了應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)二次電池市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，POSCO化學(xué)公司在韓國(guó)本土積極進(jìn)行產(chǎn)能擴(kuò)張，見(jiàn)圖4。據(jù)擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，天然石墨負(fù)極材料產(chǎn)能從2020年的4.4萬(wàn)t增至2023年的10.5萬(wàn)t，2023年人造石墨負(fù)極材料產(chǎn)能將新增1.6萬(wàn)t；正極材料從2020年的3.9萬(wàn)t提至2023年的9.8萬(wàn)t。

圖4 POSCO化學(xué)公司二次電池材料產(chǎn)能及擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃

正極材料是影響電動(dòng)汽車(chē)電池性能的四大核心材料之一。為應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電池市場(chǎng)的迅速增長(zhǎng)，POSCO化學(xué)公司也在持續(xù)擴(kuò)增正極材料生產(chǎn)線。2018年在韓國(guó)龜尾建成了年產(chǎn)1萬(wàn)t的正極材料工廠，2019年在光陽(yáng)栗村產(chǎn)業(yè)園建成了5000 t的高鎳正極材料1期產(chǎn)線，2020年建成2.5萬(wàn)t的2期產(chǎn)線。目前POSCO化學(xué)公司正在建設(shè)3萬(wàn)t規(guī)模的3期產(chǎn)線并將于2022年投產(chǎn)；2021年2月，4期產(chǎn)線項(xiàng)目正式開(kāi)工建設(shè)，總投資額達(dá)2758億韓元，新增產(chǎn)能3萬(wàn)t，并將于2023年投產(chǎn)。完成4期擴(kuò)建后，POSCO化學(xué)公司正極材料的生產(chǎn)能力將擴(kuò)至10萬(wàn)t，可用于110萬(wàn)余臺(tái)60 kWh級(jí)電動(dòng)汽車(chē)的電池。

此前，POSCO化學(xué)公司主要為L(zhǎng)G化學(xué)公司供應(yīng)天然石墨，隨著LG化學(xué)公司對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電池需求的增加，POSCO化學(xué)公司也正式開(kāi)啟了擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。目前該公司世宗工廠每年生產(chǎn)4.4萬(wàn)t負(fù)極材料，2020年通過(guò)POSCO集團(tuán)董事會(huì)宣布投資2177億韓元，興建人工石墨負(fù)極材料浦項(xiàng)工廠，2020年動(dòng)工，計(jì)劃于2023年竣工，設(shè)計(jì)年產(chǎn)能1.6萬(wàn)t，可供36萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)使用。通過(guò)分階段擴(kuò)建，計(jì)劃2023年負(fù)極材料年產(chǎn)能達(dá)到12.1萬(wàn)t，2030年增至26萬(wàn)t。POSCO化學(xué)公司具體擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃見(jiàn)表6。

表6 POSCO化學(xué)公司產(chǎn)能擴(kuò)增投資計(jì)劃

2018年1月，POSCO化學(xué)公司與中國(guó)浙江華友鈷業(yè)股份有限公司簽訂了協(xié)議，在中國(guó)浙江省桐鄉(xiāng)市合資成立三元前驅(qū)體和正極材料的生產(chǎn)企業(yè)——浙江華友浦項(xiàng)新能源材料有限公司(ZPHE)，由此正式進(jìn)軍中國(guó)市場(chǎng)。這一舉措成功穩(wěn)定采購(gòu)鈷、鎳、錳等主要原料，確保正極材料的成本競(jìng)爭(zhēng)力。該三元前驅(qū)體材料項(xiàng)目設(shè)計(jì)年產(chǎn)能3萬(wàn)t，其中一期項(xiàng)目年產(chǎn)能5000 t，于2019年11月建成投產(chǎn)。

鋰

用作正極材料原料的鋰有碳酸鋰和氫氧化鋰。此前，二次電池行業(yè)主要以碳酸鋰作為正極材料的原料，隨著二次電池技術(shù)的發(fā)展，業(yè)內(nèi)開(kāi)發(fā)了含鎳量80%以上的正極材料，而氫氧化鋰的需求也在逐漸增加。

鋰之所以用作二次電池的正極材料原料，這是因?yàn)殇囋乇旧韼в须婋x的傾向。但是鋰本身具有易燃性和爆炸性，且與空氣和水接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。因此，鋰主要存在于硬巖、黏土和鹽水中。表7為鋰主要以鹽水型(Brine)和硬巖型(Hard Rock)兩種方式進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)的分析對(duì)比。

表7 鋰生產(chǎn)方式的比較

以鹽水型方式生產(chǎn)時(shí)，可以直接生產(chǎn)碳酸鋰和氯化鋰。生產(chǎn)的碳酸鋰可以轉(zhuǎn)化為氫氧化鋰和氯化鋰，而氫氧化鋰和氯化鋰也可以反向轉(zhuǎn)化為碳酸鋰。如果需要鋰金屬，可以采用氯化鋰-氯化鉀低共熔混合物經(jīng)熔鹽電解析出。硬巖型方式主要生產(chǎn)氧化鋰，并對(duì)其進(jìn)行加工，進(jìn)而生產(chǎn)碳酸鋰和氫氧化鋰，見(jiàn)圖5。

圖5 不同生產(chǎn)方式下鋰最終產(chǎn)品和用途

從產(chǎn)品來(lái)看，碳酸鋰和氫氧化鋰在全球市場(chǎng)占有率達(dá)70%左右，兩者都用于二次電池，但碳酸鋰常用于IT設(shè)備，氫氧化鋰主要用于電動(dòng)汽車(chē)電池。目前，澳大利亞、智利和阿根廷等三國(guó)的鋰產(chǎn)量占到了全球的90%。隨著電動(dòng)汽車(chē)電池正極材料需求的增加，氫氧化鋰的穩(wěn)定供應(yīng)顯得尤為重要。由于地下礦藏資源先天不足，自2017年以來(lái)，碳酸鋰在韓國(guó)市場(chǎng)供應(yīng)不足，進(jìn)口依賴(lài)度仍高達(dá)95%以上，而在中國(guó)的市場(chǎng)占有率高達(dá)60%～70%。因此，POSCO集團(tuán)一直試圖擴(kuò)大氫氧化鋰產(chǎn)能，直至全面覆蓋韓國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的鋰需求。

自2010年以來(lái)，POSCO集團(tuán)與浦項(xiàng)產(chǎn)業(yè)科學(xué)研究院(RIST)合作開(kāi)發(fā)從鹽水和礦石中提取鋰的技術(shù)。傳統(tǒng)的曝曬蒸發(fā)工藝需要較大的蒸發(fā)池塘，而且容易受到氣候和環(huán)境的影響，POSCO自創(chuàng)的超高速鋰直接提取技術(shù)PosLX(POSCO Lithium Extraction)彌補(bǔ)了這些不足，該技術(shù)從低濃度鹽水中提取磷酸鋰，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為氫氧化鋰和碳酸鋰，僅需少量的鹽水就可以提取相當(dāng)量的鋰，而且提取周期縮短至3個(gè)月以?xún)?nèi)，鋰回收率大于80%，無(wú)需額外的提純工序。另外，此工藝不使用任何有害的有機(jī)物質(zhì)，僅排放少量的氯化鈉和硫酸鈣等無(wú)機(jī)尾礦，對(duì)土壤和生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境影響可降至最低，因而是一項(xiàng)兼具經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的技術(shù)[7]。兩種工藝的具體過(guò)程如圖6所示。

圖6 工藝流程對(duì)比：(a)傳統(tǒng)工藝；(b)PosLX工藝

2017年2月，位于韓國(guó)光陽(yáng)鋼鐵廠內(nèi)的合資工廠PosLX產(chǎn)線投入運(yùn)營(yíng)。該示范工廠設(shè)計(jì)年產(chǎn)能2500 t，目前已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)2年以上，為鋰商業(yè)生產(chǎn)做好了準(zhǔn)備。2018年2月，POSCO集團(tuán)與澳大利亞皮爾巴拉礦業(yè)公司(Pirbara Minerals)簽署了年產(chǎn)3萬(wàn)t的鋰精礦長(zhǎng)期采購(gòu)協(xié)議，并購(gòu)得4.7%的股份。根據(jù)該協(xié)議，從自有Pilganggoora礦山中開(kāi)采硬巖型鋰精礦，然后供給PosLX工廠，并將其轉(zhuǎn)化成每年4萬(wàn)t的碳酸鋰和氫氧化鋰。

2021年4月，POSCO集團(tuán)正式對(duì)外宣布，將在光陽(yáng)經(jīng)濟(jì)自由區(qū)栗村工業(yè)園區(qū)興建一座年產(chǎn)4.3萬(wàn)t的鋰提取廠，這4.3萬(wàn)t鋰相當(dāng)于100萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)的用量。該鋰提取廠將以澳大利亞進(jìn)口的鋰礦石為主要原料，采用自主研發(fā)的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)氫氧化鋰，計(jì)劃于2023年竣工。

盡管POSCO集團(tuán)曾計(jì)劃到2020年將氫氧化鋰年產(chǎn)能擴(kuò)增至3萬(wàn)t，但由于海外鋰精礦并不能及時(shí)滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，因此，優(yōu)先采用了“磷酸鹽沉淀法”(圖7)的回收技術(shù)[8]。由于磷酸鋰在水中的溶解度約為0.39 g/L(20 °C)，首先在碳酸溶液中溶解廢棄二次電池中的磷酸鋰，然后添加氫氧化鈣等強(qiáng)堿物質(zhì)，從而制備出氫氧化鋰，鋰回收率在80%以上。與進(jìn)口鋰精礦相比，該工藝具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)性突出。

圖7 磷酸鹽沉淀法制備氫氧化鋰流程示意圖

對(duì)鋰礦石及鹽水的鋰提取項(xiàng)目進(jìn)行長(zhǎng)期投資，將主要從鋰精礦、鹽湖、廢棄二次電池等三大原料來(lái)源生產(chǎn)碳酸鋰、氫氧化鋰和磷酸鋰，由此構(gòu)建鋰原料供應(yīng)體系。POSCO化學(xué)公司計(jì)劃在2023年建成年產(chǎn)7萬(wàn)t的鋰生產(chǎn)體系，到2026年增至13萬(wàn)t，到2030年建成年產(chǎn)22萬(wàn)t的鋰生產(chǎn)體系。

此外，2018年8月，POSCO集團(tuán)與澳大利亞Galaxy Resources公司簽訂了一項(xiàng)協(xié)議，出資2.8億美元的價(jià)格收購(gòu)了阿根廷Hombre Muerto鹽湖礦業(yè)權(quán)，該鹽湖礦區(qū)面積為1.75萬(wàn)m2，在過(guò)去的20年間，每年可生產(chǎn)2.5萬(wàn)t鋰化合物。2020年11月，POSCO集團(tuán)特邀國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)美國(guó)蒙哥馬利(Montgomery&Associates)公司對(duì)阿根廷Hombre Muerto鹽湖的儲(chǔ)量進(jìn)行了再次評(píng)估，確定鋰儲(chǔ)量高達(dá)1350萬(wàn)t，比收購(gòu)時(shí)增長(zhǎng)了6倍。另外，在當(dāng)?shù)爻晒\(yùn)行示范工廠一年多，POSCO集團(tuán)已經(jīng)積累了生產(chǎn)訣竅，培養(yǎng)了專(zhuān)業(yè)人才，為商業(yè)化生產(chǎn)做好了準(zhǔn)備。

鎳

鎳作為正極材料的關(guān)鍵原料，有助于提高二次電池的容量，提升電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程。近年來(lái)，隨著高鎳正極材料應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，確保穩(wěn)定的鎳來(lái)源也顯得非常重要。2021年5月，POSCO集團(tuán)與加拿大第一量子礦業(yè)(First Quantum Minerals)公司簽署了一項(xiàng)協(xié)議，以2.4億美元收購(gòu)了旗下雷文斯索普鎳礦(Ravensthorpe Nickel Operation)公司30%的股權(quán)。Ravensthorpe是一家澳大利亞鎳礦業(yè)和冶煉企業(yè)，除了自有鎳礦以外，還擁有冶煉設(shè)備及海水淡化、硫酸制造、廢物處理等配套設(shè)備。自2024年起，Ravensthorpe每年將向POSCO集團(tuán)供應(yīng)3.2萬(wàn)t(純鎳7500 t)鎳加工產(chǎn)品 (混合氫氧化鎳鈷)，這相當(dāng)于18萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)的供貨量，POSCO集團(tuán)可以穩(wěn)定地獲得二次電池材料業(yè)務(wù)所需的原料鎳。由此，今后POSCO集團(tuán)也將涵蓋電池用硫酸鎳和前驅(qū)體業(yè)務(wù)，從而為尋求與二次電池材料相關(guān)的更多商機(jī)。據(jù)全球市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)WoodMac預(yù)測(cè)，2030年全球電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)3200萬(wàn)輛。作為高容量電池正極材料的必備原料，高純鎳的需求同樣以年均23%的水平快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2025年后會(huì)出現(xiàn)供應(yīng)不足的現(xiàn)象。

2021年8月，POSCO集團(tuán)宣布投資約2300億韓元，在與SNNC相鄰的光陽(yáng)鋼鐵廠東湖岸新建一座年產(chǎn)2萬(wàn)t高純鎳精煉廠，可以用于50萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)的二次電池[9]。該廠將以純度75%的鎳锍為原料，采用濕法制備純度99.9%以上高純鎳。在集團(tuán)子公司SNNC(Société de Nickel de Nouvelle Calédonie et Corée)的現(xiàn)有設(shè)備中新增脫氣工序，生產(chǎn)鎳锍，再由POSCO鋼鐵公司提煉出高純鎳，提供給POSCO化學(xué)公司。

負(fù)極材料

在全球電動(dòng)汽車(chē)電池市場(chǎng)，以LG化學(xué)公司為首的韓國(guó)企業(yè)穩(wěn)居全球第二。目前，LG化學(xué)公司主要混搭使用天然石墨和人造石墨，而且人造石墨大部分從日本進(jìn)口。雖然天然石墨的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，能量容量大，但是人造石墨在壽命和穩(wěn)定性方面都很出色。因此，人造石墨在負(fù)極材料中比重還會(huì)繼續(xù)增大，且混搭使用的趨勢(shì)會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。

石墨的穩(wěn)定供應(yīng)就是電池企業(yè)最關(guān)心的根本問(wèn)題。今后POSCO集團(tuán)將探索原料來(lái)源多樣化，采購(gòu)非洲、澳大利亞等國(guó)的石墨，將從中國(guó)進(jìn)口石墨的比重降低到50%以下。目前POSCO集團(tuán)正在與澳大利亞礦企BlackRockMining公司協(xié)商，收購(gòu)坦桑尼亞馬亨吉礦15%的股權(quán)，交易規(guī)模達(dá)750萬(wàn)美元。一旦簽訂最終協(xié)議，POSCO集團(tuán)將獲得負(fù)極材料用石墨微粉的永久采購(gòu)權(quán)。

POSCO化學(xué)公司于2011年在韓國(guó)國(guó)內(nèi)最早實(shí)現(xiàn)負(fù)極材料的自主生產(chǎn)，通過(guò)引進(jìn)新產(chǎn)線，豐富產(chǎn)品大綱，可以靈活應(yīng)對(duì)客戶(hù)的各種需求，進(jìn)一步提高市場(chǎng)份額。事實(shí)上，從POSCO集團(tuán)角度來(lái)看，在天然石墨方面很難確保競(jìng)爭(zhēng)力。為了解決這一難題，大力發(fā)展人造石墨技術(shù)也是勢(shì)在必行。POSCO化學(xué)公司旗下的子公司PMCTECH回收POSCO鋼鐵生產(chǎn)的煉焦副產(chǎn)物煤焦油，制備針狀焦炭(圖8和表8)，而POSCO化學(xué)公司則利用針狀焦炭制造人造石墨，制備流程見(jiàn)圖9。其中，針狀焦是將煤焦油蒸餾、除雜、熱處理后制成的焦炭，為細(xì)長(zhǎng)的針狀晶體結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的耐久性和高溫低熱膨脹的特點(diǎn)，可有效延長(zhǎng)電池的使用壽命，由此提高電池的附加值[10]。目前全球僅有6家企業(yè)能充分利用這項(xiàng)技術(shù)，有助于提升韓國(guó)碳素材料產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

各地旅游產(chǎn)品出現(xiàn)同質(zhì)化現(xiàn)象，各類(lèi)旅游產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)激烈，特色化、差異化的經(jīng)營(yíng)策略是持久競(jìng)爭(zhēng)力的重要保證，在日間旅游項(xiàng)目日益飽和的情況下，夜間旅游開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了同類(lèi)產(chǎn)品在不同時(shí)間段的競(jìng)爭(zhēng)，為城市旅游開(kāi)拓新的路徑[7]。在經(jīng)營(yíng)時(shí)間和旅游項(xiàng)目上，合肥夜間旅游與日間旅游錯(cuò)位發(fā)展，不僅減少了旅游產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)群體，還給游客帶來(lái)特殊環(huán)境氛圍下的旅游體驗(yàn)，有利于城市旅游保持持久的競(jìng)爭(zhēng)力。

表8 針狀焦炭的理化特征

圖8 針狀焦炭的生產(chǎn)工藝流程

圖9 利用針狀焦炭制備人造石墨

合作研發(fā)機(jī)制

通過(guò)與RIST和浦項(xiàng)科技大學(xué)(POSTECH)緊密合作，POSCO集團(tuán)正在不斷提升在二次電池材料研發(fā)方面的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。除了由POSCO化學(xué)公司負(fù)責(zé)材料商業(yè)化生產(chǎn)以外，RIST主要研究未來(lái)新型產(chǎn)品和制造工藝，POSTECH則研發(fā)新一代材料技術(shù)。

2019年5月，POSTECH與POSCO化學(xué)成立了“工業(yè)-學(xué)術(shù)研究中心”，在二次電池材料、碳素材料和化學(xué)材料等三個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展聯(lián)合研究，從而加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)合作。該中心還設(shè)立了獎(jiǎng)學(xué)金和派遣計(jì)劃，致力于培養(yǎng)各個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員。雙方合作的第一階段將持續(xù)到2024年5月。主要任務(wù)包括開(kāi)發(fā)高性能負(fù)極和正極材料以及新型優(yōu)質(zhì)活性碳材料。2019年6月二次電池材料研究中心正式成立，目前正在開(kāi)發(fā)新一代正極和負(fù)極材料，利用新工藝技術(shù)提升二次電池的成本競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)借助其獨(dú)特的基礎(chǔ)設(shè)施評(píng)估二次電池的性能，以提高電動(dòng)汽車(chē)的性能。此外，POSCO化學(xué)公司還計(jì)劃開(kāi)發(fā)新一代二次電池照明的全固態(tài)電池材料。作為新一代電池，全固態(tài)電池用固體電解質(zhì)代替了電池正極和負(fù)極之間的液體電解質(zhì)，能量密度更高，可以大幅增加電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程，同時(shí)節(jié)省充電時(shí)間。

產(chǎn)品供貨

近期，POSCO化學(xué)公司與全球電池企業(yè)和電動(dòng)汽車(chē)廠商的供貨協(xié)議正在大幅增加。通過(guò)對(duì)中韓、歐洲全球生產(chǎn)基地的投資建設(shè)，更加積極地瞄準(zhǔn)海外市場(chǎng)，將有助于POSCO化學(xué)公司在全球正負(fù)極材料市場(chǎng)的占有率進(jìn)一步提升。

繼2020年12月簽訂正極材料供應(yīng)合同之后，2021年4月POSCO化學(xué)公司正式為美國(guó)Ultium cells LLC公司提供負(fù)極材料。Ultium cells LLC公司由美國(guó)通用汽車(chē)和LG能源解決方案公司合資成立，于2022年正式啟動(dòng)，目前正在美國(guó)俄亥俄州建設(shè)年產(chǎn)規(guī)模35 GWh的一分廠，還計(jì)劃在田納西州建設(shè)一個(gè)類(lèi)似規(guī)模的二分廠。POSCO化學(xué)公司將為Ultium cells LLC提供低膨脹負(fù)極材料，該產(chǎn)品原料采用了天然石墨，可有效防止材料結(jié)構(gòu)膨脹，從而提高充電速度[11]。

結(jié)語(yǔ)與展望

作為全球惟一能自主生產(chǎn)正負(fù)極材料以及核心原料鋰、鎳、石墨的企業(yè)，計(jì)劃到2030年，POSCO集團(tuán)供應(yīng)鋰22萬(wàn)t、鎳10萬(wàn)t，正極材料將產(chǎn)能從目前的4萬(wàn)t擴(kuò)大到40萬(wàn)t，負(fù)極材料從4.4萬(wàn)t擴(kuò)大到26萬(wàn)t。正極材料的全球市場(chǎng)占有率從目前的3%提至20%，負(fù)極材料從11%提至22%，年銷(xiāo)售額達(dá)到23萬(wàn)億韓元以上[12]。