鋰電池「高鎳化」,電動車電池新寵兒:「 鎳 」是什麼?

作者:Sid 小邪   |   2020 / 11 / 03

文章來源:股感知識庫   |   圖片來源:股感知識庫


「電池」是電動車最主要的成本核心,佔電動車成本的 40% 以上,而電動車的產業領頭羊 特斯拉(Tesla,TSLA-US),已成為電池產業的風向指標,正引領電池正極材料的「高鎳化」。一輛 Tesla Model 3 的電池中,大約要使用 30 公斤重的鎳,而 Tesla 一年要生產 30 萬輛電動車,便會產生 9,000 公噸以上的需求,隨著「高鎳化」電池技術的演進,「 鎳 」的需求量還可能持續增加。

「 鎳 」是什麼?「 鎳 」的用途為何?

「鎳」(Ni, Nickel)是銀白色金屬,具有良好延展性、磁性、耐腐蝕性,被譽為「鋼鐵工業的維生素」。鎳的最大用途在於製造「不銹鋼」,大約佔全部消費量的 80%,以及用於「電鍍」、抗腐蝕「合金」、「電動車電池」等方面。

鎳
資料來源:ING Research、LME

鎳 的 蘊藏量 & 產量

全球鎳資源豐富,依 美國地質調查局(USGS)報告顯示,全球鎳資源儲量約 8,900 萬噸,其中,印尼 & 澳洲 是 鎳資源蘊藏量最豐富的國家,約各佔 22% ~ 24%;其次是 巴西 12.36%、俄羅斯 7.75%、古巴 6.2%、中國 3.15 %。

而鎳礦的產量主要來自 印尼 & 菲律賓,全球鎳礦 10 大生產國分別是:印尼、菲律賓、俄羅斯、新喀里多尼亞、澳洲、中國、巴西、古巴、美國、加拿大等。其中,前 3 大生產國的產量就佔全球的 50% 以上。

鎳礦 產量&蘊藏量
國家 2019 年產量 產量佔比 國家 蘊藏量 蘊藏量佔比
印尼 800,000 29.63% 印尼 21,000,000 23.60%
菲律賓 420,000 15.56% 澳洲 20,000,000 22.47%
俄羅斯 270,000 10.00% 巴西 11,000,000 12.36%
新喀裡多尼亞 220,000 8.15% 俄羅斯 6,900,000 7.75%
澳洲 180,000 6.67% 古巴 5,500,000 6.18%
加拿大 180,000 6.67% 菲律賓 4,800,000 5.39%
中國 110,000 4.07% 中國 2,800,000 3.15%
巴西 67,000 2.48% 加拿大 2,600,000 2.92%
古巴 51,000 1.89% 美國 110,000 0.12%
美國 14,000 0.52% 新喀裡多尼亞 無資料
其他國家 370,000 13.70% 其他國家 14,000,000 15.73%
全球總產量 2,700,000 100.00% 全球總蘊藏 89,000,000 100.00%
單位:公噸   資料來源:USGS

「鎳礦」分為 2 大類:「紅土鎳礦」和「硫化鎳礦」

全球鎳礦的蘊藏形式,主要分為「紅土鎳礦」和「硫化鎳礦」二種。其中,又以「紅土鎳礦」為主,約佔鎳蘊藏量的 60%;而約 40% 的鎳蘊藏量是以「硫化鎳礦」形式存在。

而「紅土鎳礦」主要分佈在赤道附近的熱帶國家,包括東南亞的印尼、菲律賓,中南美洲的古巴、巴西等;「硫化鎳礦」則主要分佈在加拿大、美國、俄羅斯、澳洲、中國等地。

註:「紅土鎳礦」是氧化鎳礦,因為含有鐵氧化物,顏色呈現出氧化鐵的紅色,所以稱為「紅土鎳礦」。

「紅土鎳礦」的資源比較豐富,且距離土壤表層近,開採成本低,但冶煉的技術複雜,所以冶煉成本較高;而「硫化鎳礦」的冶煉技術成熟,副產品也比較多,不過採礦成本就比較高。

鎳礦冶煉的 2 大路徑

鎳礦的冶煉技術,主要採用「火法冶煉」和「濕法冶煉」二種工藝。其中,「火法冶煉」工藝發展得比較早,技術更成熟,造成的污染也比較大;而「濕法冶煉」的技術則比較複雜。

由於鎳礦的礦源分為「紅土鎳礦」和「硫化鎳礦」二種,冶煉技術也分為二條路徑。二條路徑對應著不同的產業鍊,使用的冶煉技術、中間產品、產製成品也都不同。而這二條路徑分別為:
*「紅土鎳礦>>鎳鐵」路徑
*「硫化鎳礦>>電解鎳/硫酸鎳」路徑

  • 「硫化鎳礦>>電解鎳/硫酸鎳」路徑
    「硫化鎳礦」主要採用「火法冶煉」技術,形成中間產品「高冰鎳」後,再進一步生產出「電解鎳」和「硫酸鎳」。「電解鎳」主要用在「合金」,部份用做「不鏽鋼」原料;「硫酸鎳」則應用於「電池」&「電鍍」。
  • 「紅土鎳礦>>鎳鐵」路徑
    「紅土鎳礦」一般採用火法冶煉,生產出「鎳鐵」後,直接用於製造「不鏽鋼」;此外,透過「火法冶煉」產生的「鎳硫」和「濕法冶煉」產生的「鎳中間產品」,也能進一步製造出「硫酸鎳」,應用於「電池」&「電鍍」。

鎳

印尼禁礦、菲律賓環保政策,使全球鎳礦供應吃緊

2014 年印尼禁止礦產出口,以及 2016 年菲律賓總統 杜特地 上台後實行更嚴格的環保政策,使得全球鎳礦產量排名第一和第二的 印尼 與 菲律賓,鎳礦供應量大減,造成全球紅土鎳礦供給收緊。

電動車電池新寵兒:「高鎳化」鋰電池

全球減碳趨勢勢在必行之下,電動車的發產成為汽車產業的主流。而「電池」是電動車的成本核心,佔電動車零件總成本的 40% 以上,能否降低電動車的電池成本,同時加強電池續航力,成為電動車的競爭力關鍵。

目前電動車電池的主流為「鋰電池」,主要由正極材料、負極材料、電解液、隔膜等結構組成。其中,「正極材料」是最直接影響鋰電池性能的關鍵,也是電池成本佔比最高的部分。

而電動車電池的「正極材料」主要使用的金屬為:鋰、鎳、鈷。「鈷」則是目前電池成本最貴的部分,由於鈷的地球蘊含量低,鈷價也居高不下,以致於正極材料佔電動車電池成本的 35% ~ 45%。但也因為鈷太過昂貴,廠商開始研發將鈷比重降低的電池。

而「鎳」能在高溫下穩定運轉,還能防止過度充電,價格不到鈷的一半,如果能將正極材料中的「鈷」替換成「鎳」,便能夠大幅降低電動車的電池成本。不過,「鎳」的比重越高,代表電池會釋放越多熱能,因此需要搭配更新的散熱技術或製程。

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貓奴、紫控、金屬樂迷、金融癡、證券分析師(CSIA)
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