編譯 許林玉

大多數(shù)汽車(chē)制造商都渴望向全世界推銷電動(dòng)汽車(chē)，但他們卻面臨全球變暖時(shí)代的挑戰(zhàn)：電池以及制造電池所需的原材料供應(yīng)都十分緊張。

元素周期表上的第25號(hào)元素——錳——在地球儲(chǔ)量豐富，特斯拉和大眾等汽車(chē)制造商將其視為制造電池的新金屬材料，主流客戶可能不會(huì)再對(duì)電池和電動(dòng)汽車(chē)的價(jià)格望而生畏。

盡管第一款（也是唯一一款）使用高錳電池的電動(dòng)汽車(chē)——于2011年推出的日產(chǎn)聆風(fēng)——其市場(chǎng)表現(xiàn)并不盡如人意，但隨著該行業(yè)對(duì)電池的需求越來(lái)越大，經(jīng)改良的高錳電池也可在汽車(chē)市場(chǎng)占據(jù)一席之地，也許還可作為磷酸鋰鐵電池與頂級(jí)豪車(chē)和高性能車(chē)型中的高鎳電池之間的中等價(jià)位選擇。

埃隆?馬斯克（Elon Musk）在柏林特斯拉超級(jí)工廠開(kāi)工儀式上的一番言論再次引發(fā)轟動(dòng)。當(dāng)被問(wèn)及對(duì)石墨烯電池的看法時(shí)，馬斯克反駁說(shuō)：“我認(rèn)為錳具有很大的潛力?！?/p>

關(guān)于原礦，他強(qiáng)調(diào)，行業(yè)目前正在擺脫對(duì)鈷和鎳的依賴?！拔覀冏罱K需要數(shù)千萬(wàn)噸，甚至數(shù)億噸原材料。因此，用于生產(chǎn)這些電池的材料必須是常見(jiàn)的材料，否則就無(wú)法擴(kuò)大規(guī)模?！?/p>

2022年3月，大眾汽車(chē)對(duì)“動(dòng)力日”（Power Day）進(jìn)行了直播，這似乎是在向特斯拉的“電池日”致敬。在活動(dòng)中，大眾首席執(zhí)行官赫伯特?迪斯（Herbert Diess）宣布，到2030年，大眾汽車(chē)將在歐洲建造六座超級(jí)工廠，總產(chǎn)能達(dá)到240千兆瓦時(shí)。大眾汽車(chē)已經(jīng)在美國(guó)和中國(guó)建立了電動(dòng)汽車(chē)工廠。盡管大眾汽車(chē)在歐洲的電動(dòng)汽車(chē)銷量超過(guò)了特斯拉，但它仍面臨著來(lái)自特斯拉的巨大競(jìng)爭(zhēng)壓力。而在中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)，大眾汽車(chē)同樣表現(xiàn)不佳。因此，這個(gè)全球巨頭決心將入門(mén)級(jí)車(chē)型的電池成本降低一半，并將中價(jià)位車(chē)的成本降低30%。

在德國(guó)EnBW電動(dòng)汽車(chē)快速充電站，一名男子正將電動(dòng)充電器插入一輛紅色汽車(chē)的后部，此時(shí)附近還有其他電動(dòng)汽車(chē)在充電

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，大眾汽車(chē)推出了多功能“統(tǒng)一電池”，可以在標(biāo)準(zhǔn)化的棱鏡設(shè)計(jì)中使用多種化學(xué)物質(zhì)。迪斯介紹，大眾汽車(chē)公司大約80%的新型棱鏡電池將不再使用昂貴的鎳和鈷，而采用價(jià)格更便宜、儲(chǔ)量更豐富的錳等陰極材料。

大眾轉(zhuǎn)而自己生產(chǎn)棱鏡電池的激進(jìn)戰(zhàn)略，讓其目前的袋式電池供應(yīng)商韓國(guó)LG能源解決方案公司和SK創(chuàng)新公司感到出乎意料，而大眾所生產(chǎn)的棱鏡電池的規(guī)格與其供應(yīng)商——寧德時(shí)代（CATL）——生產(chǎn)的棱鏡電池相同。

那么，為什么要不停地對(duì)設(shè)計(jì)和陰極材料進(jìn)行調(diào)整呢？又為什么選擇錳？這一切都源于馬斯克和其他專家所說(shuō)的加速電動(dòng)汽車(chē)革命的潛在限制因素：電池生產(chǎn)和原材料開(kāi)采加工速度滯后。

馬斯克在柏林表示，只有當(dāng)全球電池年產(chǎn)量達(dá)到300太瓦時(shí)，才能完全從化石燃料汽車(chē)過(guò)渡到電動(dòng)汽車(chē)。即使特斯拉已經(jīng)在大規(guī)模擴(kuò)大產(chǎn)能，這一目標(biāo)也是特斯拉2030年產(chǎn)能的100倍。盡管高鎳電池的能量密度和性能目前無(wú)可匹敵，但僅靠高鎳電池?zé)o法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。我們需要其他的材料，而且要有品類繁多、供應(yīng)不斷的渠道，即使由此生產(chǎn)的電池和當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)青睞有加的錳或磷酸鋰鐵電池一樣，需要犧牲部分性能。

阿貢儲(chǔ)能科學(xué)合作中心負(fù)責(zé)人文卡特?斯里尼維桑（Venkat Srinivisan）表示：“電池中含有更多的礦物質(zhì)是一件好事?！?/p>

作為一種陰極材料，錳不但儲(chǔ)量豐富，而且安全穩(wěn)定。但它的能量密度或生命周期與高鎳電池相差甚遠(yuǎn)，斯里尼維桑說(shuō)道。早期日產(chǎn)聆風(fēng)的購(gòu)買(mǎi)者可能會(huì)同意這一說(shuō)法。2011年，由于沒(méi)有供應(yīng)商愿意或能夠大規(guī)模地提供電池，日產(chǎn)汽車(chē)被迫采用分子攀登架式的“尖晶石”設(shè)計(jì)制造鋰錳氧化物電池。這些電池組能量不足，僅為24千瓦時(shí)，只能支撐汽車(chē)行駛117千米。這種微不足道的存儲(chǔ)空間和急劇下降的續(xù)航能力，都會(huì)讓客戶欲哭無(wú)淚，尤其是在美國(guó)西南部和其他氣候炎熱地區(qū)。2014年，采用改性的錳生產(chǎn)的“蜥蜴”電池將容量提高到40千瓦時(shí)，但其使用壽命仍然很短。

斯里尼維桑表示，在美國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展歷程中，對(duì)動(dòng)力和行駛里程的追求一向永無(wú)止境，而這需要能量極高的電池。鈷通常是鎳和銅在開(kāi)采時(shí)的副產(chǎn)品，也是最昂貴的電池原材料之一。鈷主要來(lái)自剛果民主共和國(guó)，但由于該國(guó)涉及礦山童工問(wèn)題和其他侵犯人權(quán)的行為，因此低鈷電池成為一貫的應(yīng)對(duì)舉措。

斯里尼維桑說(shuō)：“大家都在考慮鎳和鈷的替代品，以及如何回收這些材料?！?/p>

通用汽車(chē)和LG能源解決方案公司生產(chǎn)的Ultium袋式電池為鎳鈷錳鋁四元電池，其中的鈷含量減少了70%以上。該電池為雙夾層式電池，能量達(dá)200千瓦時(shí)，是特斯拉最大電池儲(chǔ)能的兩倍。采用該電池，全新三電機(jī)驅(qū)動(dòng)悍馬的續(xù)航里程可達(dá)529千米，功率達(dá)1 000馬力，在特定駕駛模式下3秒便可加速到97千米/小時(shí)。迄今為止，這是安裝在電動(dòng)汽車(chē)上的最大電池，其重量達(dá)1 315千克，而悍馬的整體質(zhì)量為4 082千克。（隨著通用汽車(chē)在底特律大規(guī)模生產(chǎn)該車(chē)型，電池可能會(huì)出現(xiàn)短缺。）

與特斯拉最好的電池一樣，通用汽車(chē)的電池只使用少量的錳來(lái)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而不是作為其主要的陰極材料。

根據(jù)全球材料和回收公司Umicore的數(shù)據(jù)顯示，錳在開(kāi)采出來(lái)后，超過(guò)90%被用于生產(chǎn)鐵和不銹鋼，只有不到1%被用于生產(chǎn)電池。

另外一個(gè)受歡迎的陰極礦物是鎳，其供應(yīng)渠道比來(lái)自剛果的鈷更加多樣化，但其來(lái)源很難不受地緣政治的影響。在2022年2月份，全球的鎳庫(kù)存就已經(jīng)逐步減少。投資者和交易商對(duì)產(chǎn)自俄羅斯的金屬可能遭到禁止或中斷感到焦慮，而俄羅斯生產(chǎn)的高純度鎳占全球產(chǎn)量的17%。3月，鎳價(jià)幾乎在一夜之間翻了一番，首次短暫超過(guò)10萬(wàn)美元/噸，導(dǎo)致倫敦金屬交易所在價(jià)格瘋狂上漲期間暫停交易。

由于商品價(jià)格、政治、道德、安全、短缺、長(zhǎng)期戰(zhàn)略和對(duì)沖等原因，電池行業(yè)正著手實(shí)施多元化戰(zhàn)略。這種解決方案如同大雜燴一般，或者至少在某位未來(lái)的諾貝爾獎(jiǎng)得主想出完全取代鋰離子電池之前便是如此。

對(duì)于新舊迭代的汽車(chē)制造商來(lái)說(shuō)，即使是鎳也在被摒棄之列，至少對(duì)于那些專注于中國(guó)市場(chǎng)，或?qū)Ｗ⒂谥械葍r(jià)位、更實(shí)惠的電動(dòng)汽車(chē)的公司是這樣的。特斯拉、大眾、福特、中國(guó)的汽車(chē)公司以及其他汽車(chē)制造商正在迅速轉(zhuǎn)向磷酸鋰鐵化學(xué)材料，將其用于主流和商用車(chē)型。這種電池不需要鎳或鈷，只需要加入大量的鐵和磷酸鹽。馬斯克已經(jīng)確認(rèn)，入門(mén)級(jí)汽車(chē)（包括特斯拉Model 3）或能源儲(chǔ)存系統(tǒng)將“長(zhǎng)期轉(zhuǎn)向”使用磷酸鋰鐵。

馬斯克和大眾汽車(chē)公司正在關(guān)注的高錳電池也將使用更少的鎳，同時(shí)不使用鈷。它們的價(jià)格似乎也并非高不可攀——根據(jù)英國(guó)羅斯基爾信息服務(wù)有限公司Roskill的分析師在動(dòng)力日上引用的數(shù)據(jù)，與高鎳設(shè)計(jì)相比，鋰鎳錳氧化物材料可使陰極成本每千瓦時(shí)降低47%。正因如此，大眾公司考慮將錳作為主流車(chē)型的潛在選擇，并為保時(shí)捷、奧迪、賓利或蘭博基尼等定制高性能電池組，而磷酸鋰鐵則用于低端車(chē)輛或市場(chǎng)。斯里尼維桑說(shuō)：“我能理解其中的邏輯，如果能讓它達(dá)到合理的能量密度，錳就會(huì)成為介于兩者之間的東西。汽車(chē)制造商可能會(huì)用體積略微加大的電池來(lái)抵消錳的較低陰極成本，以使其行駛里程接近高鎳設(shè)計(jì)?！?/p>

早在2020年，在特斯拉的電池日上，馬斯克表達(dá)了對(duì)錳的樂(lè)觀態(tài)度。他說(shuō)：“如果用2/3的鎳和1/3的錳制作陰極是相對(duì)簡(jiǎn)單的。這將使得在相同的鎳用量下，電池體積會(huì)增加50%?！?/p>

馬斯克仍在努力將特斯拉4680大圓柱電池推向市場(chǎng)，即使其現(xiàn)在的進(jìn)度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于計(jì)劃。專家警告稱，挑戰(zhàn)技術(shù)并不是那么簡(jiǎn)單。高錳電池尚未證明其具有商業(yè)可行性。

由于這項(xiàng)挑戰(zhàn)極為艱巨，汽車(chē)制造商和電池制造商在實(shí)驗(yàn)室?jiàn)^楫篤行，努力尋找像泥土一樣普通，而不是像黃金一樣珍貴的材料。

資料來(lái)源 IEEE Spectrum