钨钼稀土在新能源电池领域的应用与市场研究（三十一）
- 详细资料
- 分类：钨业新闻
- 发布于 2025年2月19日 星期三 16:28
- 作者：Xiaoting
- 点击数：26
第Ⅳ部分 稀土在新能源电池市场的介绍
第三十一章 稀土基电池的生产成本
一、稀土基电池概述
稀土基电池，从名称便能知晓它是一种以稀土元素及其化合物作为活性物质的新型电池。其工作原理基于独特的化学组成和结构，稀土元素的加入对电池内部电极材料以及电解质的性能产生了显著改变。
在电极材料方面，稀土元素能够优化电极材料的微观结构。例如，部分稀土原子半径较大，会使层间距变大，意味着锂离子有着更快的嵌入和迁出能力，进而让电池具备更优异的充放电稳定性。并且，稀土的加入还可促使结晶更完整、颗粒更均匀。当锂离子迁出后，夹层之间的静电斥力会增加，此时提高相关结构层的极化力有利于层结构的稳定，而稀土金属往往电荷比较高，且因具有d层或f层电子，其极化率也很强，所以能有效提高正极材料的电化学性能。
从电解质角度来看，稀土元素及其化合物参与其中，能够改善电解质的离子传导性能等，保障电池充放电过程中离子的顺畅迁移。
稀土基电池有着诸多令人瞩目的优势特点。首先是高能量密度，相较于传统电池，它能够存储更多的电能，这意味着在相同的体积或者重量条件下，稀土基电池可以为设备提供更长的使用时间。比如应用在电动汽车上，就能够有效提升车辆的续航里程，为使用者减少充电次数的困扰。
其次是长寿命特性，稀土基电池有着较好的循环寿命，能够经受更多次的充放电循环。这得益于稀土元素对材料结构稳定性的保障，扩充了锂离子迁移的三维通道，有效提高了材料的电化学循环可逆性，从而降低了使用成本以及对环境的影响，毕竟电池更换频率降低了，废弃电池数量也会相应减少。
再者就是环保安全，稀土基电池采用进口的高纯纳米及稀土合金材料研制而成，具备绿色环保的特点，在充放电过程中不会像部分传统电池那样产生铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。而且它防爆炸、防起火、防短路的安全性能高，产品一致性、可靠性、稳定性好，使用中失误率极少，还免维护，充电接受效率高，自放电率低，大电流放电性能优异，低温容量高，过放电恢复性能好，高温特性稳定，耐振动等。
稀土基电池的应用领域
航空航天领域：对于航空航天应用场景而言，可靠性和轻量化是对电源的关键要求。稀土基电池的高可靠性确保其在复杂的太空环境或者飞行器飞行过程中能够稳定供电，不会轻易出现故障，保障各类航天设备、航空电子系统等的正常运行。同时，其相对轻量化的特点，不会给航天器或者飞行器增加过多不必要的重量负担，有利于节省燃料、提升有效载荷等，像卫星、火箭等航天器往往会优先选择稀土基电池作为电源。
军事领域：军事装备对于电源的能量密度、稳定性和安全性有着严格要求。稀土基电池的高能量密度能够满足各类武器装备在不同作战场景下的用电需求，无论是需要高功率输出的武器发射装置，还是长时间待机的通讯设备等。其长寿命特点可以保障军事装备在较长时间内无需频繁更换电池，维持装备的持续战斗力。而且其良好的安全性能，能适应军事行动中可能面临的各种恶劣环境条件，像温度变化大、振动冲击等情况，在军事领域广泛应用于各种武器装备和通讯设备的电源。
电动汽车领域：在电动汽车行业，稀土基电池的高能量密度和长寿命特点使其成为理想的动力源选择。高能量密度确保了车辆能够拥有更远的续航里程，减少了驾驶者的“里程焦虑”。长寿命则意味着电池在使用多年、经历大量充放电循环后，依然能维持较好的性能，降低了车主更换电池的成本和频率，从全生命周期角度来看经济性显著。而且，其快速充电的特性也提高了使用便利性，驾驶者无需花费过长时间等待车辆充电，整体上提升了电动汽车的实用性和市场竞争力。
二、稀土基电池生产成本的构成
（1）原材料成本
稀土基电池的原材料成本是其总成本的重要组成部分，这其中稀土元素以及电解质材料等核心原材料对成本影响显著。
首先来看稀土元素方面，稀土包含了钪、钇等17种金属化学元素，它们在地壳中的含量相对稀少，但在稀土基电池中却起着关键作用。不同种类的稀土元素在电池中的应用功能各有侧重，例如镧、铈等元素常被用于改善电极材料的晶体结构和电化学性能，而钕、镨等则更多参与到提升电池的充放电稳定性等方面。然而，稀土元素的供应情况较为复杂且对成本影响较大。全球稀土资源分布极不均衡，中国是稀土资源储量较为丰富且开采量较大的国家，占据了全球很大一部分的稀土供应份额。但近年来，随着对稀土资源的重视以及环保等要求的提高，稀土的开采、提炼过程受到严格管控，这使得稀土元素的获取成本有所波动。
一方面，开采稀土需要投入大量的人力、物力进行矿山的勘探、挖掘等工作，并且从原矿中提炼出高纯度的稀土元素需要经过多道复杂的化学工艺，比如采用酸法、碱法或氧化还原法等方法将稀土矿石分解，再利用稀土元素之间的化学性质差异，通过溶剂萃取、离子交换、氧化还原等方法将各个稀土元素分离并提纯，这些过程都伴随着较高的成本开销。另一方面，国际市场上稀土价格受供需关系影响明显，当新能源等众多行业对稀土的需求增大时，其价格往往会上升，进而直接推高稀土基电池的原材料成本；而若稀土供应相对充足，价格稳定或者下降，电池的成本在这方面就会得到一定控制。
据中钨在线了解，2024年前三季度中国稀土市场整体行情较差，主流产品价格呈现先大降后小涨再大降最后小涨的格局，9月末的产品价格明显比年初的低。2024年前三季度，中国氧化镨价格约降6.09%，氧化钕价格约降5.05%，氧化镨钕价格约降4.67%，镨钕金属价格约降1.85%，氧化铽价格约降22.63%，氧化镝价格约降31.18%，镝铁合金价格约降28.57%。均价方面，2024年1-9月，中国氧化镨均价394,685元/吨，同比下降28.05%；氧化钕均价393,277元/吨，同比下降31.05%；氧化镨钕均价385,516元/吨，同比下降28.80%；镨钕金属均价477,769元/吨，同比下降27.60%；氧化铽均价5,768元/千克，同比下降39.32%；氧化镝均价1,885,516元/吨，同比下降15.34%；镝铁合金均价1,849,891元/吨，同比下降14.66%。
2023年中国稀土市场整体表现不佳，除了镝系列产品价格年末与年初大约相等之外，其他主流产品价格均下降显著，以及成交有限。据中钨在线了解，氧化铽价格从年初约14,000元/千克下降到年末7,800元/千克左右，降幅44.29%；氧化镨价格从年初约700,000元/吨下降到年末465,000元/吨左右，降幅33.57%；氧化钕价格从年初约775,000元/吨下降到年末463,000元/吨左右，降幅40.36%；氧化镨钕价格从年初约715,000元/吨下降到年末454,000元/吨左右，降幅36.50%；镨钕金属价格从年初约865,000元/吨下降到年末544,000元/吨左右，降幅37.11%。
再谈谈电解质材料，它是保障电池充放电过程中离子顺畅迁移的关键所在。常用的电解质材料有锂盐（如六氟磷酸锂）溶解在有机溶剂（如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等）中形成的锂盐溶液，并会根据需要加入适量的添加剂，像阻燃剂、成膜剂等来改善电池性能。这些电解质材料中，部分有机溶剂的生产需要特定的化工工艺，并且对纯度等要求较高，导致其本身成本不低；锂盐等关键原料的价格也会因锂资源的供应、市场需求变化等因素而波动，例如随着电动汽车行业的蓬勃发展，锂资源需求大增，锂盐价格在一段时间内持续走高，使得电池电解质材料成本上升，最终影响到稀土基电池的整体原材料成本。
同时，像电池电极材料中用到的其他辅助材料，比如导电剂、粘结剂等，虽然单从用量上来说在整个原材料中占比相对不算特别大，但它们的质量和成本同样会影响电池性能与总成本。优质的导电剂能更好地提升电池的导电性能，确保充放电效率，但价格可能相对较高；粘结剂如果性能不佳，可能会影响电极材料的稳定性，而性能好的粘结剂其采购成本也是需要考虑的因素。
总之，原材料成本在稀土基电池生产成本中占据着重要地位，其受到稀土元素、电解质材料以及其他辅助材料等多方面的供应情况和价格波动的影响，并且这些因素之间相互关联，共同决定了这部分成本的高低以及变化趋势。
（2）生产工艺成本
生产工艺成本涵盖了生产设备以及工艺流程等多个方面，对稀土基电池的总成本有着关键影响，并且通过合理的工艺优化可以有效降低这部分成本。
在生产设备方面，稀土基电池的制造需要一系列专业且高精度的设备。例如，在原料准备阶段，从稀土矿石中富集、提纯稀土元素需要用到专业的选矿设备、化学分离与提纯装置等，这些设备不仅要具备精准的操作性能，以确保提炼出符合电池生产要求的高纯度稀土原料，而且往往价格昂贵，采购成本高昂。在电极片的制造环节，需要有能够对活性物质、导电剂、粘结剂等按精确比例进行混合的混料设备，然后通过涂布机将混合好的材料均匀涂布在金属集流体上，涂布的均匀性对电极片的性能影响极大，而高精度的涂布设备价格不菲。之后的干燥处理需要专门的干燥设备来去除水分和有机溶剂，压制环节的压制设备要能够对电极片施加合适的压力以提高其密度和强度，这些设备的投入都是生产工艺成本的重要构成部分。
对于电解液的配置，需要有能准确控制溶剂、锂盐以及各类添加剂比例的调配装置，并且要保证整个配置过程在洁净、安全的环境下进行，相应的环境控制设备也是成本的一部分。在电池组装阶段，将裁切好的电极片、隔膜、电解液等按照一定顺序组装成电池芯，并放入电池壳中进行封口、焊接等处理，这需要自动化程度较高的组装生产线以及焊接等专业设备，这些设备的购置、维护、更新等都会产生大量费用，纳入到生产工艺成本之中。
从工艺流程来看，稀土基电池的生产涉及多个复杂且精细的步骤，每个步骤都需要严格控制工艺参数，这对成本也有影响。比如在电极材料的制备过程中，混料时各种原料的混合顺序、搅拌速度、搅拌时间等参数如果把控不好，可能导致材料性能不佳，需要重新返工，增加成本；涂布过程中，涂布的厚度、速度等参数影响电极片的质量，一旦出现问题，材料浪费不说，还会耽误生产进度，间接增加成本。在电池组装环节，各部件的组装顺序、封装的密封性检测等工艺流程，都关乎电池最终的质量，如果因为工艺流程执行不到位导致电池出现次品，那么生产这些次品所耗费的原材料、设备使用等成本就会造成浪费，拉高整体成本。
不过，通过工艺优化可降低生产工艺成本。例如，随着技术的发展，可以对生产设备进行智慧化升级，提高设备的自动化运行水平，减少人工操作带来的误差，同时提升生产效率，单位时间内生产出更多合格的电池产品，分摊到每块电池上的设备折旧等成本就会降低。在工艺流程方面，可以通过不断的试验和数据分析，优化各个环节的工艺参数，提高一次成品率，减少材料浪费和返工情况，像精准控制电极材料混料时的各项参数，保证涂布的均匀性和稳定性等，从而降低因工艺问题导致的额外成本支出，实现生产工艺成本的有效控制与降低。
三、影响稀土基电池生产成本的因素
（1）稀土元素价格波动
稀土元素价格的波动对稀土基电池生产成本有着至关重要的影响，这其中镧、铈等元素的价格变化尤其值得关注。
镧在稀土基电池中的作用
作为电极材料的组成部分：在镍氢电池中，镧是阳极材料的重要组成成分之一。例如，镍氢电池阳极使用的一种材料是，由于移除其他镧系元素的成本很高，会用含有超过50%镧的混合稀土金属替代纯镧。
提高电池性能：在一些新型的稀土基电池中，如富锂锰基正极材料中添加磷酸镧，可保持材料表面稳定，减少体相与电解液的副反应，使其免受电解液的腐蚀，同时磷酸镧层有着较强的黏附能力，能得到较为均匀的包覆效果，有效抑制在循环过程中从表面产生的不良相变，从而提高循环稳定性，还可以抑制首次循环过程中的不可逆氧释放，提高首次库伦效率及放电比容量。
增强电池的稳定性：镧具有特殊的物理和化学性质，其加入到电池材料中可以在一定程度上增强电池在充放电过程中的结构稳定性，减少因充放电循环导致的材料结构破坏和性能衰减，延长电池的使用寿命。
镧价格对稀土基电池生产成本的影响
直接成本的增加：当镧的价格上升时，生产稀土基电池所需的镧的采购成本会直接增加。例如，假设原本生产1000个稀土基电池需要消耗10千克镧，镧的价格为每吨5000元，则镧的成本为50元；若镧价格上涨至每吨8000元，那么生产同样数量的电池，镧的成本就会变为80元，直接导致每个电池的原材料成本上升了30元。
成本占比的改变：镧价格的波动会影响其在稀土基电池生产成本中的占比。如果镧价格大幅上涨，而其他原材料价格相对稳定，那么镧的成本占比就会提高。比如，在某款稀土基电池的成本结构中，镧原本占总成本的10%，当镧价格翻倍后，其成本占比可能会上升至15%甚至更高，这使得企业在控制成本和制定价格策略时需要重新考虑各成本因素的平衡。
研发和工艺调整成本：为了应对镧价格的上涨，企业可能会投入更多的研发资源来寻找替代材料或改进生产工艺，以降低镧的使用量或提高其利用率。例如，企业可能会研发新的电池配方，尝试使用其他价格相对较低的稀土元素或非稀土材料来部分替代镧，或者优化生产工艺参数，提高镧在电池中的分散性和反应活性，从而在不降低电池性能的前提下减少镧的用量。然而，这些研发和工艺调整都需要投入额外的资金、人力和时间成本。
产业链上下游的传导影响：镧价格的变化还会通过产业链上下游的传导，对稀土基电池的生产成本产生间接影响。在上游供应端，如果镧价格上涨，可能会导致一些小型的镧矿开采企业或供货商提高供货价格或减少供应量，从而影响稀土基电池生产企业的原材料供应稳定性。企业为了确保原材料的稳定供应，可能需要与供货商签订更长期的合同，或者寻找更多的供货商，这可能会增加采购成本和管理成本。在下游市场端，由于稀土基电池生产成本的增加，电池产品的价格可能会相应上涨，这可能会抑制下游市场对稀土基电池的需求，导致企业的销售量下降，进而影响企业的利润和市场份额。
更多内容请阅读/下载请下列pdf文件：
| 钨产品供应商：中钨在线科技有限公司 | 产品详情：cn.chinatungsten.com |
| 电话：0592-5129595/5129696 | 电子邮件：sales@chinatungsten.com |
| 钨钼文库：i.chinatungsten.com | 钨钼图片：image.chinatungsten.com |
| 钨业协会：www.ctia.com.cn | 钼业新闻：news.molybdenum.com.cn |
闽公网安备 35020602000140号