鎢鉬稀土在新能源電池領域的應用與市場研究（三十二）
- 詳細內容
- 分類：鎢新聞
- 發佈於：2025-02-19, 週三 16:28
- 作者 Xiaoting
- 點擊數：13
第Ⅳ部分 稀土在新能源電池市場的介紹
第三十二章 稀土基電池的生產成本
一、稀土基電池概述
稀土基電池，從名稱便能知曉它是一種以稀土元素及其化合物作為活性物質的新型電池。其工作原理基於獨特的化學組成和結構，稀土元素的加入對電池內部電極材料以及電解質的性能產生了顯著改變。
在電極材料方面，稀土元素能夠優化電極材料的微觀結構。例如，部分稀土原子半徑較大，會使層間距變大，意味著鋰離子有著更快的嵌入和遷出能力，進而讓電池具備更優異的充放電穩定性。並且，稀土的加入還可促使結晶更完整、顆粒更均勻。當鋰離子遷出後，夾層之間的靜電斥力會增加，此時提高相關結構層的極化力有利於層結構的穩定，而稀土金屬往往電荷比較高，且因具有d層或f層電子，其極化率也很強，所以能有效提高正極材料的電化學性能。
從電解質角度來看，稀土元素及其化合物參與其中，能夠改善電解質的離子傳導性能等，保障電池充放電過程中離子的順暢遷移。
稀土基電池有著諸多令人矚目的優勢特點。首先是高能量密度，相較于傳統電池，它能夠存儲更多的電能，這意味著在相同的體積或者重量條件下，稀土基電池可以為設備提供更長的使用時間。比如應用在電動汽車上，就能夠有效提升車輛的續航里程，為使用者減少充電次數的困擾。
其次是長壽命特性，稀土基電池有著較好的迴圈壽命，能夠經受更多次的充放電迴圈。這得益於稀土元素對材料結構穩定性的保障，擴充了鋰離子遷移的三維通道，有效提高了材料的電化學迴圈可逆性，從而降低了使用成本以及對環境的影響，畢竟電池更換頻率降低了，廢棄電池數量也會相應減少。
再者就是環保安全，稀土基電池採用進口的高純納米及稀土合金材料研製而成，具備綠色環保的特點，在充放電過程中不會像部分傳統電池那樣產生鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質。而且它防爆炸、防起火、防短路的安全性能高，產品一致性、可靠性、穩定性好，使用中失誤率極少，還免維護，充電接受效率高，自放電率低，大電流放電性能優異，低溫容量高，過放電恢復性能好，高溫特性穩定，耐振動等。
稀土基電池的應用領域
航空航太領域：對於航空航太應用場景而言，可靠性和輕量化是對電源的關鍵要求。稀土基電池的高可靠性確保其在複雜的太空環境或者飛行器飛行過程中能夠穩定供電，不會輕易出現故障，保障各類航太設備、航空電子系統等的正常運行。同時，其相對輕量化的特點，不會給航天器或者飛行器增加過多不必要的重量負擔，有利於節省燃料、提升有效載荷等，像衛星、火箭等航天器往往會優先選擇稀土基電池作為電源。
軍事領域：軍事裝備對於電源的能量密度、穩定性和安全性有著嚴格要求。稀土基電池的高能量密度能夠滿足各類武器裝備在不同作戰場景下的用電需求，無論是需要高功率輸出的武器發射裝置，還是長時間待機的通訊設備等。其長壽命特點可以保障軍事裝備在較長時間內無需頻繁更換電池，維持裝備的持續戰鬥力。而且其良好的安全性能，能適應軍事行動中可能面臨的各種惡劣環境條件，像溫度變化大、振動衝擊等情況，在軍事領域廣泛應用於各種武器裝備和通訊設備的電源。
電動汽車領域：在電動汽車行業，稀土基電池的高能量密度和長壽命特點使其成為理想的動力源選擇。高能量密度確保了車輛能夠擁有更遠的續航里程，減少了駕駛者的“里程焦慮”。長壽命則意味著電池在使用多年、經歷大量充放電迴圈後，依然能維持較好的性能，降低了車主更換電池的成本和頻率，從全生命週期角度來看經濟性顯著。而且，其快速充電的特性也提高了使用便利性，駕駛者無需花費過長時間等待車輛充電，整體上提升了電動汽車的實用性和市場競爭力。
二、稀土基電池生產成本的構成
（1）原材料成本
稀土基電池的原材料成本是其總成本的重要組成部分，這其中稀土元素以及電解質材料等核心原材料對成本影響顯著。
首先來看稀土元素方面，稀土包含了鈧、釔等17種金屬化學元素，它們在地殼中的含量相對稀少，但在稀土基電池中卻起著關鍵作用。不同種類的稀土元素在電池中的應用功能各有側重，例如鑭、鈰等元素常被用於改善電極材料的晶體結構和電化學性能，而釹、鐠等則更多參與到提升電池的充放電穩定性等方面。然而，稀土元素的供應情況較為複雜且對成本影響較大。全球稀土資源分佈極不均衡，中國是稀土資源儲量較為豐富且開採量較大的國家，佔據了全球很大一部分的稀土供應份額。但近年來，隨著對稀土資源的重視以及環保等要求的提高，稀土的開採、提煉過程受到嚴格管控，這使得稀土元素的獲取成本有所波動。
一方面，開採稀土需要投入大量的人力、物力進行礦山的勘探、挖掘等工作，並且從原礦中提煉出高純度的稀土元素需要經過多道複雜的化學工藝，比如採用酸法、堿法或氧化還原法等方法將稀土礦石分解，再利用稀土元素之間的化學性質差異，通過溶劑萃取、離子交換、氧化還原等方法將各個稀土元素分離並提純，這些過程都伴隨著較高的成本開銷。另一方面，國際市場上稀土價格受供需關係影響明顯，當新能源等眾多行業對稀土的需求增大時，其價格往往會上升，進而直接推高稀土基電池的原材料成本；而若稀土供應相對充足，價格穩定或者下降，電池的成本在這方面就會得到一定控制。
據中鎢線上瞭解，2024年前三季度中國稀土市場整體行情較差，主流產品價格呈現先大降後小漲再大降最後小漲的格局，9月末的產品價格明顯比年初的低。2024年前三季度，中國氧化鐠價格約降6.09%，氧化釹價格約降5.05%，氧化鐠釹價格約降4.67%，鐠釹金屬價格約降1.85%，氧化鋱價格約降22.63%，氧化鏑價格約降31.18%，鏑鐵合金價格約降28.57%。均價方面，2024年1-9月，中國氧化鐠均價394,685元/噸，同比下降28.05%；氧化釹均價393,277元/噸，同比下降31.05%；氧化鐠釹均價385,516元/噸，同比下降28.80%；鐠釹金屬均價477,769元/噸，同比下降27.60%；氧化鋱均價5,768元/千克，同比下降39.32%；氧化鏑均價1,885,516元/噸，同比下降15.34%；鏑鐵合金均價1,849,891元/噸，同比下降14.66%。
2023年中國稀土市場整體表現不佳，除了鏑系列產品價格年末與年初大約相等之外，其他主流產品價格均下降顯著，以及成交有限。據中鎢線上瞭解，氧化鋱價格從年初約14,000元/千克下降到年末7,800元/千克左右，降幅44.29%；氧化鐠價格從年初約700,000元/噸下降到年末465,000元/噸左右，降幅33.57%；氧化釹價格從年初約775,000元/噸下降到年末463,000元/噸左右，降幅40.36%；氧化鐠釹價格從年初約715,000元/噸下降到年末454,000元/噸左右，降幅36.50%；鐠釹金屬價格從年初約865,000元/噸下降到年末544,000元/噸左右，降幅37.11%。
再談談電解質材料，它是保障電池充放電過程中離子順暢遷移的關鍵所在。常用的電解質材料有鋰鹽（如六氟磷酸鋰）溶解在有機溶劑（如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等）中形成的鋰鹽溶液，並會根據需要加入適量的添加劑，像阻燃劑、成膜劑等來改善電池性能。這些電解質材料中，部分有機溶劑的生產需要特定的化工工藝，並且對純度等要求較高，導致其本身成本不低；鋰鹽等關鍵原料的價格也會因鋰資源的供應、市場需求變化等因素而波動，例如隨著電動汽車行業的蓬勃發展，鋰資源需求大增，鋰鹽價格在一段時間內持續走高，使得電池電解質材料成本上升，最終影響到稀土基電池的整體原材料成本。
同時，像電池電極材料中用到的其他輔助材料，比如導電劑、粘結劑等，雖然單從用量上來說在整個原材料中占比相對不算特別大，但它們的品質和成本同樣會影響電池性能與總成本。優質的導電劑能更好地提升電池的導電性能，確保充放電效率，但價格可能相對較高；粘結劑如果性能不佳，可能會影響電極材料的穩定性，而性能好的粘結劑其採購成本也是需要考慮的因素。
總之，原材料成本在稀土基電池生產成本中佔據著重要地位，其受到稀土元素、電解質材料以及其他輔助材料等多方面的供應情況和價格波動的影響，並且這些因素之間相互關聯，共同決定了這部分成本的高低以及變化趨勢。
（2）生產工藝成本
生產工藝成本涵蓋了生產設備以及工藝流程等多個方面，對稀土基電池的總成本有著關鍵影響，並且通過合理的工藝優化可以有效降低這部分成本。
在生產設備方面，稀土基電池的製造需要一系列專業且高精度的設備。例如，在原料準備階段，從稀土礦石中富集、提純稀土元素需要用到專業的選礦設備、化學分離與提純裝置等，這些設備不僅要具備精准的操作性能，以確保提煉出符合電池生產要求的高純度稀土原料，而且往往價格昂貴，採購成本高昂。在電極片的製造環節，需要有能夠對活性物質、導電劑、粘結劑等按精確比例進行混合的混料設備，然後通過塗布機將混合好的材料均勻塗布在金屬集流體上，塗布的均勻性對電極片的性能影響極大，而高精度的塗布設備價格不菲。之後的乾燥處理需要專門的乾燥設備來去除水分和有機溶劑，壓制環節的壓制設備要能夠對電極片施加合適的壓力以提高其密度和強度，這些設備的投入都是生產工藝成本的重要構成部分。
對於電解液的配置，需要有能準確控制溶劑、鋰鹽以及各類添加劑比例的調配裝置，並且要保證整個配置過程在潔淨、安全的環境下進行，相應的環境控制設備也是成本的一部分。在電池組裝階段，將裁切好的電極片、隔膜、電解液等按照一定順序組裝成電池芯，並放入電池殼中進行封口、焊接等處理，這需要自動化程度較高的組裝生產線以及焊接等專業設備，這些設備的購置、維護、更新等都會產生大量費用，納入到生產工藝成本之中。
從工藝流程來看，稀土基電池的生產涉及多個複雜且精細的步驟，每個步驟都需要嚴格控制工藝參數，這對成本也有影響。比如在電極材料的製備過程中，混料時各種原料的混合順序、攪拌速度、攪拌時間等參數如果把控不好，可能導致材料性能不佳，需要重新返工，增加成本；塗布過程中，塗布的厚度、速度等參數影響電極片的品質，一旦出現問題，材料浪費不說，還會耽誤生產進度，間接增加成本。在電池組裝環節，各部件的組裝順序、封裝的密封性檢測等工藝流程，都關乎電池最終的品質，如果因為工藝流程執行不到位導致電池出現次品，那麼生產這些次品所耗費的原材料、設備使用等成本就會造成浪費，拉高整體成本。
不過，通過工藝優化可降低生產工藝成本。例如，隨著技術的發展，可以對生產設備進行智慧化升級，提高設備的自動化運行水準，減少人工作業帶來的誤差，同時提升生產效率，單位時間內生產出更多合格的電池產品，分攤到每塊電池上的設備折舊等成本就會降低。在工藝流程方面，可以通過不斷的試驗和資料分析，優化各個環節的工藝參數，提高一次成品率，減少材料浪費和返工情況，像精准控制電極材料混料時的各項參數，保證塗布的均勻性和穩定性等，從而降低因工藝問題導致的額外成本支出，實現生產工藝成本的有效控制與降低。
三、影響稀土基電池生產成本的因素
（1）稀土元素價格波動
稀土元素價格的波動對稀土基電池生產成本有著至關重要的影響，這其中鑭、鈰等元素的價格變化尤其值得關注。
鑭在稀土基電池中的作用
作為電極材料的組成部分：在鎳氫電池中，鑭是陽極材料的重要組成成分之一。例如，鎳氫電池陽極使用的一種材料是，由於移除其他鑭系元素的成本很高，會用含有超過50%鑭的混合稀土金屬替代純鑭。
提高電池性能：在一些新型的稀土基電池中，如富鋰錳基正極材料中添加磷酸鑭，可保持材料表面穩定，減少體相與電解液的副反應，使其免受電解液的腐蝕，同時磷酸鑭層有著較強的黏附能力，能得到較為均勻的包覆效果，有效抑制在迴圈過程中從表面產生的不良相變，從而提高迴圈穩定性，還可以抑制首次迴圈過程中的不可逆氧釋放，提高首次庫倫效率及放電比容量。
增強電池的穩定性：鑭具有特殊的物理和化學性質，其加入到電池材料中可以在一定程度上增強電池在充放電過程中的結構穩定性，減少因充放電迴圈導致的材料結構破壞和性能衰減，延長電池的使用壽命。
鑭價格對稀土基電池生產成本的影響
直接成本的增加：當鑭的價格上升時，生產稀土基電池所需的鑭的採購成本會直接增加。例如，假設原本生產1000個稀土基電池需要消耗10千克鑭，鑭的價格為每噸5000元，則鑭的成本為50元；若鑭價格上漲至每噸8000元，那麼生產同樣數量的電池，鑭的成本就會變為80元，直接導致每個電池的原材料成本上升了30元。
成本占比的改變：鑭價格的波動會影響其在稀土基電池生產成本中的占比。如果鑭價格大幅上漲，而其他原材料價格相對穩定，那麼鑭的成本占比就會提高。比如，在某款稀土基電池的成本結構中，鑭原本占總成本的10%，當鑭價格翻倍後，其成本占比可能會上升至15%甚至更高，這使得企業在控制成本和制定價格策略時需要重新考慮各成本因素的平衡。
研發和工藝調整成本：為了應對鑭價格的上漲，企業可能會投入更多的研發資源來尋找替代材料或改進生產工藝，以降低鑭的使用量或提高其利用率。例如，企業可能會研發新的電池配方，嘗試使用其他價格相對較低的稀土元素或非稀土材料來部分替代鑭，或者優化生產工藝參數，提高鑭在電池中的分散性和反應活性，從而在不降低電池性能的前提下減少鑭的用量。然而，這些研發和工藝調整都需要投入額外的資金、人力和時間成本。
產業鏈上下游的傳導影響：鑭價格的變化還會通過產業鏈上下游的傳導，對稀土基電池的生產成本產生間接影響。在上游供應端，如果鑭價格上漲，可能會導致一些小型的鑭礦開採企業或供應商提高供貨價格或減少供應量，從而影響稀土基電池生產企業的原材料供應穩定性。企業為了確保原材料的穩定供應，可能需要與供應商簽訂更長期的合同，或者尋找更多的供應商，這可能會增加採購成本和管理成本。在下游市場端，由於稀土基電池生產成本的增加，電池產品的價格可能會相應上漲，這可能會抑制下游市場對稀土基電池的需求，導致企業的銷售量下降，進而影響企業的利潤和市場份額。
更多內容請閱讀/下載請下列pdf檔：
| 鎢產品供應商：中鎢線上科技有限公司 | 產品詳情：cn.chinatungsten.com |
| 電話：0592-5129595/5129696 | 電子郵件：sales@chinatungsten.com |
| 鎢鉬文庫：i.chinatungsten.com | 鎢鉬圖片：image.chinatungsten.com |
| 鎢業協會：www.ctia.com.cn | 鉬業新聞：news.molybdenum.com.cn |
sales@chinatungsten.com
閩公網安備 35020602000140號