石墨供应链之争

海国图智研究院

2024-10-11 10:40

摘要

刊物介绍

《人工智能资讯周报》探讨人工智能对公共政策、治理和政策建议的影响，探索人工智能对商业、政治和社会的影响，以确定潜在的研究领域，探讨可能的合作研究和机构伙伴关系。本刊着重提供中国人工智能发展动态和对人工智能的思考，同时关注全球范围内人工智能相关研究动态。本刊旨在通过可靠的研究，来帮助企业、研究机构和公民预测和适应技术引领的变化和成就。此外，每年的5月30日被设立为“全国科技工作者日”，本刊希望通过传播新技术鼓励和支持科技工作者的创新和贡献。

作者：奚光泽

主编：刘仪

摘要

石墨是制造电动汽车电池的关键成分之一，美国政府正致力于建立新的石墨供应链。未来美国或将继续增加对非洲国家石墨的投资，主要从马达加斯加、莫桑比克和坦桑尼亚三个国家进口更多的石墨以弥补自身资源的不足。但是天然石墨高端生产加工工艺仍依赖于中国，短期中国天然石墨的生产工艺和成本方面的优势是不可替代的。

图源:OR新媒体

一、石墨作为动力电池关键原料

为电动汽车提供动力的锂离子电池由两个电极组成——一侧为负（阴）极，另一侧为正（阳）极。目前，石墨是唯一能够用作阳极的材料，而且没有替代。石墨有很高的天然强度和硬度，是一种极好的热和电导体。作为除钻石之外唯一的其他天然碳形式，在较大范围的温度变化情况下它能够保持稳定。而负极采用锂、镍、锰和钴等金属。根据电池化学成分的不同，电池制造商可以有不同的选择。
埃隆·马斯克（Elon Reeve Musk）曾说：“我们的电池应该称为镍-石墨电池，因为负极是镍，而阳极为石墨与硅氧化物组成”。石墨被认为在全球转向电动汽车的过程中具有不可替代的作用。从重量上看，石墨也是锂离子电池最重的材料，每个电池中石墨重量占20-30%。但是由于在制造过程中的损失，实际上电池生产过程中石墨需求量是锂的30倍以上。一辆电动汽车含有200磅（>90公斤）的涂层球形纯化石墨（CSPG，Coated Spherical Purified Graphite），意味着锂离子电池对石墨的需求量是锂的10倍至15倍。
据世界银行，石墨占电池用矿产的53.8%，用量最多。虽然锂是所有电池的主要成分，但用量仅占需求的4%。称为球形石墨的阳极材料要么来自石墨矿山生产的石墨精矿，要么来自合成（人工）石墨。只有纯度能达到99.95%的鳞片石墨才符合要求。插电式电动汽车平均含有石墨70公斤，混合动力汽车则含有石墨10公斤。每100万辆电动汽车需要大约7.5万吨石墨，相当于鳞片石墨需求量增长10%。基准矿物情报（BMI，Benchmark Mineral Intelligence）的数据显示，世界锂离子阳极市场对鳞片石墨原料的需求预计2025年将达到每年125万吨。而2021年矿山石墨需求量仅100万吨（USGS）。

二、中国的石墨供应主导地位

中国是世界上最大的石墨生产国，提供了全球67%的天然石墨供应。中国还将世界上90%以上的石墨提炼成几乎所有电动汽车电池阳极所用的材料。中国天然石墨资源具有分布广、储量大、质量好、易于开采等特点，20个省(区、市)都有分布，共有195个矿区，总保有储量居世界第一位，是中国的优势矿种之一。目前，中国已在黑龙江、内蒙古、山东、湖南和吉林5个省(区)形成六大石墨生产基地，以黑龙江和内蒙古为主要产区。根据石墨成矿条件和成矿规律，全国划分出15个重点成矿区带。全球范围内中国天然鳞片石墨储量最大，品质也最好。目前，几乎所有石墨加工都在中国。
石墨是关键性资源，中国不能没有节制的大肆开发，或者不经加工或粗加工后就低价出口。欧美发达国家出于保护资源的目的，很少对本国石墨矿产进行开发。中国的天然鳞片石墨是在特殊的地质条件下，经过长时间才形成的，珍贵且不可再生，因此中国有必要实施出口管制，进行资源保护。此外，时值欧盟将对中国新能源汽车发起反补贴调查，以及美国进一步收紧对中国芯片产业的限制。在全球石墨产业中处于重要地位的中国，对作为众多战略性新兴行业原材料、以及新能源电池重要组成部分的石墨进行出口管制作为回应。2023年10月20日，中国商务部宣布对石墨相关物项进行出口管制。将高纯度（纯度>99.9%）、高强度（抗折强度>30Mpa）、高密度（密度>1.73克/立方厘米）的人造石墨材料及其制品，以及天然鳞片石墨及其制品（包含球化石墨、膨胀石墨等）正式纳入出口管制清单。

三、美国对中国石墨出口管制的回应

首先，美国政府在2024年5月3日宣布，在《通胀削减法》对电池材料的规定生效之前，将有两年的宽限期，让电动车企业和电池制造商在2026年年底之前从非中国公司获得石墨等关键电动汽车电池矿物的替代供应。此举在针对中国2023年对石墨出口管制政策反制的同时，给美国本土企业更多的时间建立新的供应体系。2024年6月8日，拜登政府又宣布，将从今年起将天然石墨的进口关税从0%提高到25%。为持续打压中国的石墨出口，扶持本国新能源供应链，美国正在努力制定结构性采购激励措施以摆脱“对中国石墨供应链的依赖”。
2022年拜登总统签署《通胀削减法案》（Inflation Reduction Act，简称IRA）。该法案规定，符合条件的新能源车可享受高达7500美元的税收抵免。为确保供应链的自主性和安全性，法案要求整车必须在北美组装，并且电池组件关键原材料需有一定比例在北美开采或加工。该法还禁止制造商分别从2024年和2025年开始从外国相关实体（FEOC）采购电池组件和关键矿物。FEOC包括中国、俄罗斯、伊朗和朝鲜。其次，美国本土企业发展石墨生产、加工与供应，减少对于中国石墨供应的依赖，试图建立新的供应链和产能布局。
第二，本土化石墨供应链的努力。美国领先的电池材料和技术公司NOVONIX Limited从事锂离子电池行业，它的人造石墨生产工艺专注于大规模和可持续生产，以推动北美电池供应链的发展。该公司有三个业务部门，即石墨勘探和采矿，电池技术和NOVONIX阳极材料。石墨勘探与开采部门从事高品位鳞片石墨矿床的勘探与开发。NOVONIX阳极材料部门开发和生产电池阳极材料。电池技术部门开发电池测试设备，并在电池开发方面进行研究和开发。电池技术部门为公司创造了最大的收入。NOVONIX Limited对IRA表示欢迎。2024年2月9日，松下能源公司NOVONIX签署了一项具有约束力的供货协议，从其田纳西州的工厂采购合成石墨。NOVONIX的专有石墨化炉是同类中第一台用于大规模生产的炉，能够在每个周期约三天内高效地大规模生产人造石墨。与传统的艾奇逊炉相比，这项创新预计将减少合成石墨生产过程中的二氧化碳排放量。
除了NOVONIX公司的举措之外，2024年2月9日，澳大利亚的天然石墨供应商Syrah Resources在美国路易斯安那州维达利亚的每年11.25千吨（ktpa）天然石墨生产工厂开始运营；2月15日，加拿大矿业公司Nouveau Monde Graphite（NMG）发布两项重大公告，与通用汽车（GM）和松下能源公司签署了收购协议，每年向每家公司提供18000公吨负极活性材料。
美国电池技术公司（American Battery Technology）开发出了一种基于可编程机器人去制造技术的集成电池回收系统。该公司计划利用能源部在2021年通过的两党基础设施法资助的约1.17亿美元赠款，将回收系统的应用规模扩大到每天回收数吨富含石墨的材料。Li-Cycle Holdings公司、Redwood Materials公司和 Ascend Elements 公司是北美回收和闭环生产电池的先驱。这些企业致力于开发基础设施，以可持续的方式回收废电池中的材料，这些材料中就包括石墨。2023年10月，Ascend Elements和Koura Global宣布了在美国建设首个“先进石墨回收设施”的计划。Ascend Elements公司首席执行官Mike O'Kronley说：“我们正在重新思考利用地球资源的方式，并向更高的目标迈进，以回收废旧锂离子电池的最大价值。”
第三，美国寻求在非洲投资石墨从而降低对中国石墨供应链的依赖。即便短期内难以建立完善的本土供应链，美国政府也可以选择从非洲地区进口石墨，相比较北美地区，非洲地区不仅资源更加丰富，部分项目也已经稳定运行，虽然处于开发中的非洲石墨矿也依然存在着相同的难点：如何通过债务/股权获得战略投资者的支持，以及验证使用该原料的负极产品质量。马达加斯加、莫桑比克和坦桑尼亚作为石墨供应商有许多优势。这三个国家拥有大量的石墨资源，三个国家的天然石墨储量（6700万吨）几乎与中国（7800万吨）和巴西（7400 万吨）相当。总部设在美国盟国的西方公司控制着它们的业务，公众对美国作为战略伙伴的看法也并不消极。马达加斯加和莫桑比克是成熟的鳞片石墨和粉末石墨生产国，在全球出口中占有重要份额（按出口量计算，分别占2022年全球出口量的21%和24%）。2022年，美国政府向路易斯安那州一家石墨工厂拨款 2.2 亿美元，该工厂的矿石产自莫桑比克，大量资金也涌入坦桑尼亚和马达加斯加。

四、美国建立非中国石墨供应链的前景

美国政府正在试图建立一个非中国的的负极供应链，以消除中国对电动汽车供应链的主导影响。但这项工作将会进行的十分缓慢，而且成本巨大。中国在石墨供应市场中占据主导地位仍然是客观上的事实。美国本土企业构建完整石墨供应链的过程需要几年时间。在此期间，采购石墨（尤其是天然石墨）仍然是一个问题。
英国金融时报（Financial Time）指出，在2027年年底美国IRA石墨豁免到期之前，非中国公司将无法复制中国的石墨负极产能，这意味着要么豁免必须延长，要么只有极少数车辆符合抵免条件，这将进一步阻碍美国的电动汽车转型。融资问题、交货期长、需要获得环境许可、能源成本以及与中国竞争对手相比缺乏专业技术等等问题使得非中国企业的准入门槛很高，两年时间对于美国的电动汽车生产企业来说显然是不够的。瑞银集团（UBS）驻首尔的电池分析师蒂姆·布什（Tim Bush）指出，由于美国和欧洲的电动汽车普及率低于预期，非中国电动汽车制造商、电池制造商和材料生产商正努力削减成本，而现在却面临着被迫对新的石墨负极供应链进行巨额投资的前景。布什说：“美国汽车制造商在电动汽车上正在亏损，而韩国电池公司和材料公司正在削减或考虑削减产能。”他指出，韩国唯一的负极生产商Posco Future M公司的所有加工石墨都来自中国。

编辑：吴心迪

责编：邹明蓁

参考资料

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