美国锂供应链转型路线图：从本土开采到制造自主的战略布局

手机、无线耳机、笔记本电脑、电动汽车、太阳能储能——锂离子电池不仅为这些日常设备提供动力，也已成为美国替代能源战略及摆脱化石燃料进程中的关键一环。

一年多来，拜登政府持续推动强化美国本土锂离子电池生产能力。相关努力涵盖对国内锂矿开采及端到端供应链（包括电动汽车电池的加工与制造环节）的资金与资源支持。

其目标在于降低美国对外国锂供应的依赖，提升国家能源自给能力。但要实现这一目标，美国需大幅扩张其国内锂电池制造基础。

由联邦先进电池联盟（FCAB）制定的《2021-2030年锂电池国家蓝图》概述了美国从采矿到加工、生产各环节加大对锂供应链投资的计划。该蓝图着眼于改善行业内的加工能力、采购体系及劳动力发展，明确了拜登政府通往更可持续能源未来的路径，以及实现该目标所需的供应与运营支撑。然而，鉴于美国目前对全球锂资源的获取能力有限，这将是一场艰苦的战役。

本土锂资源开采是“巨大工程”

据美国地质调查局数据，美国目前唯一的锂生产商位于内华达州，其已探明的锂储量约占全球的3.6%。全球锂生产的主导力量集中在中国，咨询公司伍德麦肯兹估计，中国占全球锂离子电池制造能力的近75%，并拥有相当一部分锂储量。其他主要锂储量则分布在澳大利亚、智利和阿根廷。

海外力量在该行业的主导地位意味着，美国目前所需的大部分锂必须从海外采购。

随着其他国家也纷纷转向替代能源以应对气候危机，全球对锂离子电池的需求正在增长。美国能源部制造与能源供应链办公室代理主任兼FCAB主席戴维·豪威尔表示，随着需求上升，该市场在未来几十年内有望达到1000亿美元的规模。

据国际能源署数据，这一需求很大程度来自蓬勃发展的全球电动汽车市场，其销量去年达到历史高位，并有望在2022年再创新高。拜登政府去年设定目标，到2030年美国销售的新车中应有一半为零排放车辆。

政府还针对在北美采购关键矿产的汽车制造商推出了消费者经济激励措施。但国内供应远未达到需求水平。

“供应在哪里？我们不生产电极材料，”阿贡国家实验室阿贡储能科学合作中心主任兼其联合储能研究中心副主任文卡特·斯里尼瓦桑表示，“我们不生产电池其他部分所需的材料。我们不加工矿物。我们甚至不开采它们。”

虽然尝试本土采购锂等原材料是个好主意，但这是一项巨大的工程，电池开发商ZapBatt创始人兼首席执行官查理·韦尔奇表示。启动新的采矿作业成本高昂且充满政治风险。

“即使我们按下开关，说美国要在一夜之间做到这一点，”他说，仍存在包括费用和环境挑战在内的诸多障碍。“从地下开采特定物质并非易事。”

尽管如此，汽车制造商仍面临本土制造的压力。拜登政府为电动汽车提供7500美元的税收抵免，前提是电池主要由在美国提取或加工的材料制成。

“每家汽车制造商都在谈论其车队到2030年将主要实现电动化，”斯里尼瓦桑说。

为加速国内生产，总统已宣布一系列投资以巩固制造业。政府上周拨款28亿美元，用于促进电动汽车零部件（如锂材料）的生产。

数据一览：《两党基础设施法》中电动汽车及关键矿产资金概况

• 70亿美元：用于改善国家电池供应链的拨款金额。
• 3.2亿美元：用于关键矿产测绘的资金。
• 1.4亿美元：用于美国首个稀土元素及关键矿物提取和分离精炼厂的资金。

为推进更多此类计划和投资，政府还创建了Li-Bridge，这是一个由斯里尼瓦桑和阿贡国家实验室运营的公私合作伙伴关系，旨在帮助实现蓝图中设定的目标。借助Li-Bridge，“目标是弥合电池供应与日益增长需求之间的差距，”他说。

Li-Bridge旨在汇聚行业利益相关者，共同协作构建锂供应链。斯里尼瓦桑表示，该机构一直致力于协调联邦政府的愿景与私营部门的行动，以了解行业瓶颈以及为实现联邦政府目标必须采取的措施。

构建新供应链需创新驱动

尽管如此，要解决产能问题，创新突破必不可少。例如，一些研究人员已制造出使用更少关键矿物（不仅包括锂，还包括钴和镍）的电池。

“有些创新化学体系不使用钴，也不使用镍，”豪威尔说，“其中一些已投放市场。磷酸铁锂电池使用锂，但不含钴或镍。”

斯里尼瓦桑表示，新设计的研究必须与扩大现有生产同步进行，以确保持续改进。“我们必须同时考虑所有环节，”他指出。

“供应在哪里？我们不生产电极材料。我们不生产电池其他部分所需的材料。我们不加工矿物。我们甚至不开采它们。”
——文卡特·斯里尼瓦桑，阿贡国家实验室阿贡储能科学合作中心主任

回收利用也已成为满足需求的潜在解决方案。豪威尔表示，拜登的蓝图还包括发展更强回收能力的计划，以捕获更多有用的电池矿物。

蓝图中的目标是为企业创造激励措施，使其到2030年实现对消费电子产品、电动汽车和电网储能电池90%的回收率。

尽管如此，由于回收材料的供应预计无法满足需求，其他公司正在研究其电池的替代配方。

“人们常常竞相发明全新的电池，一种奇迹电池，”韦尔奇说。

韦尔奇的ZapBatt采用钛酸锂技术，生产充电更快、寿命更长的电池。他表示，这种最初为军事用途开发的电池可在不到20分钟内完成充电，并可进行15000次充电循环。

美国能否成功？

在许多行业观察者看来，美国政府构建精密锂供应链的多管齐下方法是一个良好开端，但仍面临诸多挑战。斯里尼瓦桑对拥有数亿美元电池制造能力的小公司数量，以及在美国建立新电池工厂的汽车公司感到安心。他看到回收公司获得资金，开始收集和回收电芯及电池。

“五年前，我常为此焦虑，认为那只是一堆研发，”斯里尼瓦桑说，“（我心想）‘我们到底要如何在现实世界中产生影响？’”

尽管如此，虽然回收和循环经济很重要，但它们“并非灵丹妙药”，韦尔奇说。“我们现在连特百惠保鲜盒都很难回收。”

他表示，应投入更多精力确保电池首先具有长寿命。鉴于开采和获取稀缺矿物投入了大量能源，强调更长的电池寿命将鼓励生产商有效利用可用材料，摆脱“电池快时尚经济”。

但随着大小公司争相寻找解决方案，越来越多的利益相关者对矿物生产能够可持续地扩大规模持谨慎乐观态度。

“我非常兴奋。我更有希望了，”斯里尼瓦桑说，“我从未见过这样的时代。”