文章 绿茶
前言
谈到新能源汽车,公众的注意力多集中在锂电池和宁德时代上,而忽略了那暗淡无光的石墨。
不过,这个“黑色块头”其实扮演着至关重要的角色!在锂电池中,锂离子像能量的搬运工,而石墨则是他们的“休息站”或“宿舍”。没有它,电动汽车就无法储存电能。
目前,超过九成的全球石墨负极材料产自中国,黑龙江鸡西市主要负责天然石墨的供应,而内蒙古地区则掌控着全球八成的人造石墨产能。
在过去,我们曾将石墨视作“黑土”低价出售,结果被日本和韩国赚取了数十倍的差价。如今,却让美国汽车制造商陷入恐慌,呼吁脱钩,最后只能获得两年的豁免期限。
在过去的三十年里,中国的石墨产业经历了由“廉价货”逐步转变为“关键技术”的蜕变,成为“卡脖子”的重要工具。
中国石墨的逆袭之路
在上世纪八九十年代,黑龙江鸡西已成为全国知名的“中华石墨之都”,其柳毛石墨矿当时是亚洲最大的石墨矿,储藏丰富、品质优良,理应成为当地的重要经济支柱。
然而实际情况是,鸡西的居民手握丰厚的收入,却过着像乞讨一样的生活。
那时的石墨开采与加工方式极为粗略,矿工们将片状的石墨矿石挖出,简便地粉碎后装入麻袋,然后直接出售给日本、韩国的企业。
一斤石墨原料仅值几分钱,一船接一船的优质石墨被运走,获得的却只是微乎其微的收益。
日韩公司采购后,通过提纯、球形化以及包覆等一系列处理工艺,将原始的粗糙石墨转化为高纯度的电池负极用原料,随后以数十倍于成本的价格将其出售给中国的电池制造商。
彼时,中国新能源汽车行业尚处于初期发展阶段,缺乏自主掌握的关键加工技术,只能任凭他人牟取中间差价而无法置之于先。
粗放的开采方式与粗略的加工过程还引发了严重的环境污染,矿区周边尘埃四起,废水被随意排放,导致当地的生态系统受到破坏,而我们所获得的却只是微薄的微薄收入。
在整个石墨产业链中,中国主要担任最低端“原料提供者”的位置,负责最辛苦、最肮脏的工作,承受最大的环境污染,而其他环节却从中获利丰厚。
随着世界各地逐步推广新能源车辆,锂电池的需求快速攀升,而作为锂电池关键组成部分的石墨负极,相应的市场空白不断扩大。
此时,中国制造业深藏的“逆转潜能”逐渐展露,鸡西也迎来了一次蜕变式的变革。
现在再次走进鸡西的石墨工业园区,不再看到昔日尘土飞扬的小作坊,而是取而代之的是全面封闭的现代化生产厂房。从矿石开采、浮选提纯,到球状化加工、表面包覆,整个工艺流程全部在本地完成,真正建立了完整的产业链闭环,达到“吃干抹净”的效果。
开采出的天然石墨呈现出鱼鳞般的外观,棱角分明,这样的结构使其堆积密度较低,制成电池后容量不足,续航能力有限。
为了满足电动车的需求,有必要将其变成球形,这样可以提升堆积密度,从而增强电池容量并缩短充电时间。
这一过程表面看起来简单,但实际上技术难度极高,必须借助专用设备反复进行打磨和撞击,不仅要去除棱角,还要确保石墨颗粒的完整性,同时还需严格控制产出效率。早期这项技术曾被视为“卡脖子”技术,只有日本和韩国的企业掌握核心工艺。
为了破解这一技术难题,国内企业投入了大量人力、物力和财力,经过反复试验,最终掌握了先进的球化工艺。值得一提的是,我们还成功将成本压缩到世界最低水平。
鸡西的石墨产业园设有专门的污水处理站和尾气净化设施,企业只需集中进行排放处理,显著减少了单个企业在环保方面的开销。
目前,国内的球状石墨品质已不逊于日韩品牌,价格也比海外产品低30%以上,彻底打破了国外在技术上的垄断局面。
除鸡西的天然石墨之外,内蒙古在制造人造石墨方面也取得了“逆势领先”的成就。
制造人造石墨的关键步骤是“石墨化”,也可以理解为将石油焦、针状焦等原料放入高温炉中,升温至3000摄氏度以上。在经过十多天甚至长达一个月的高温处理后,碳原子重新布局,逐步构建出结构坚固的石墨材料。
这一步骤耗电量最大,制造一吨合成石墨时,电费占到总成本的50%以上,因此电价的高低直接影响着人造石墨的整体费用。
内蒙古恰巧具备得天独厚的能源条件,丰富的煤炭储量配合大量的风力发电与光伏电站,使得工业电价显著低于全国平均水平。
优惠的电价吸引了众多石墨企业落户,乌兰察布、包头等地区的石墨产业园区内,连续不断地运转着一排排石墨化炉,弥漫着烟雾,机械声此起彼伏。
目前,内蒙古已发展成为世界最大的合成石墨制造中心,承担了超过80%的国际人造石墨供应份额。
经过三十年的努力,中国成功将石墨行业从产业链的底端提升到了领先地位。目前,全球每生产十辆新能源汽车,就有九辆配备了由中国制造的石墨负极。这种市场掌控能力,甚至超越了稀土资源的竞争优势。
美国“去中国化”翻车
伴随中国石墨产业的崛起,美国逐渐感受到压力。近年来,美国不断强调减少对中国供应链的依赖,尤其是在新能源汽车领域,试图借助政策支持本地产业的发展,减少对外依赖。
2022年,美国通过了通货膨胀削减法案,明确规定,从2025年开始,若电动车电池中的关键矿物由中国企业进行加工,则无法享受7500美元的税收优惠。
该政策公布后,美国汽车制造商感到极度紧张,通用、福特以及特斯拉纷纷对自身供应链进行了彻底检查,结果发现,根本无法避开中国的石墨资源。
原因在于难以避免,全球90%的石墨负极产自中国,短时间内尚无其他可行的替代途径。
美国汽车制造商十分明白,如果禁止使用中国的石墨,他们的电动车生产设施就不得不立即暂停运营。
一方面,若缺乏充足的负极材料供应,电池制造将陷入停滞状态;另一方面,即使找到少量的替代供应商,价格仍会飙升,从而导致一辆电动车的成本至少增加几千美元。
在通货膨胀严重、汽车行业工人举行罢工的背景下,这种局面对于美国政府以及美国汽车制造企业来说,都是难以承担的负担。
实际上,美国曾试图支持国内的石墨产业,澳大利亚的Syrah Resources公司便是一个典型的例证。
该企业在莫桑比克拥有一个大型的石墨矿,为了建立北美地区的本土石墨供应网络,他们获得了数亿美元的美国政府贷款,打算在路易斯安那州兴建一座石墨加工设施。
项目最终的成果如何呢?尽管工厂投入运营已长达数年,但生产能力的提升令人震惊地缓慢,原定每年生产1万吨石墨负极,实际上年产量却还不足2000吨。
更令人担忧的是,成本仍然保持在较高水平,制造一吨石墨负极的费用比中国公司高出超过一半,结果使公司的股价大幅下挫,濒临倒闭的边缘。
为什么在国外建设石墨工厂如此困难?
首先,环保方面就难以通过。石墨的提纯过程需大量使用酸碱,处理不当会造成严重的污染问题。
在美国,仅仅申请排放许可就可能耗费三到五年的时间,且不一定能够获得批准;即使获得批准,配备环保设备的投入以及日常维护的费用也非常昂贵。
中国的石墨产业园区早已配备了完善的环保处理系统,企业集中排放污染物并进行统一处理。这不仅确保了环保要求的达成,还降低了个别企业的运营成本,这体现了产业集群的优势所在。
接下来,技术工人的短缺成为一个挑战。石墨加工并非纯粹依赖机械自动化,像球化和包覆等关键步骤都依赖于经验丰富的工匠调整参数。
同一套设备由不同的操作者操作时,产出的产品质量和合格率之间存在巨大差异。
经过三十年的发展,中国培养了大量技术工程师和技术工人,他们积累了丰富的实践经验,能够准确把握每一道工艺流程。
在几年内组建这样一支队伍,对美国来说几乎是不可能实现的梦想。
欧洲的Northvolt企业状况更为不佳,这家企业自称为“欧洲电池的前景”,目标是建立自主的电池供应体系。然而,拆开他们制造的电池后,发现负极原料仍然依赖中国的供应商。
由于供应链的不稳固以及成本的上升,这家曾被高度期待的公司最终还是走向了倒闭。
正当美国汽车制造商陷入困境之际,中国方面却展示出了一招绝技。
在2023年10月,中国商务部与海关总署共同宣布,对具有高度敏感性的石墨商品实行出口限制措施。
许多人认为这是为了反击美国,实际上更核心的原因在于,石墨不仅可以用在电池制造中,还广泛应用于军事工业、核能开发、航天领域等高端技术领域,属于真正意义上的战略性资源。
过去,为了兑换外汇,甚至会以低价出售原料,导致环境受到破坏。如今,实力增强后,必须对这些关键的资源实行严格的管控,以防止资源浪费和技术外泄。
这一措施一实行,海外方面顿时乱了阵脚。以往他们认为最多多花点钱购买即可,但如今才意识到,即使有资金,也没有可靠的渠道去采购。
中国不仅是世界上最大的石墨制造国,还是唯一具备完整产业链封闭环的国家。若没有中国的供应,全球新能源汽车产业必然会受到冲击。
这便是美国最终退让的原因,他们经过计算得出:如果坚持禁止使用中国的石墨,美国的电动车产量将大减一半,成本也会大幅提升,从而在国际市场上失去竞争优势。
结果,美国只得遗憾地为中国的石墨设立了两年的临时豁免期,这也充分表明,在石墨负极领域,国内已经取得了不可动摇的主导地位。不是外界意图“去中国化”就能够轻易实现的目标。
产能过剩下的突围
尽管中国的石墨产业已在全球占据了领导地位,但我们仍需保持警惕,不能掉以轻心,因为行业目前正面临着不少困难和挑战。
在过去的几年里,新能源车的市场需求激增,导致石墨负极的供应变得紧张,价格不断攀升。许多企业在看到这一商机后,纷纷扩大生产规模,追逐利润。
随着新能源汽车市场增长速度的减缓,石墨负极的产能出现了严重过剩,价格竞争十分激烈,导致纷争不断。
每吨人造石墨的售价,从几年前的超过四万元下降到目前的一万多元,许多中小企业在亏损中谋求生存,这场行业内部的“优胜劣汰”竞争已正式拉开序幕。
然而,这种激烈竞争实际上已成为中国制造业的常态之一。
通过激烈的内部角逐,能够将生产效率推至极限,将成本降至最低,最终幸存的往往是那些真正具备实力的“精锐部队”。
在当前的领先公司中,贝特瑞、杉杉股份、璞泰来自何处?其中,哪一家不是靠拼搏和激烈竞争脱颖而出的?
他们没有陷入当下的价格竞争,而是加大了技术研发力度,专注于未来的材料方向——硅基负极。
为何选择开发硅基负极?
硅的理论存储能力是石墨的十倍,若能实现其广泛使用,电动车的续航距离将显著延长,充电所需时间也会变得更短。
设想未来,电动汽车充满一次电便可行驶逾千公里,与传统燃油车同样便捷,这将从根本上重塑新能源汽车行业的格局。
然而,硅存在一个严重的问题:在充电过程中体积会膨胀数倍,容易导致电池膨胀爆裂,从而缩短使用寿命或引发火灾。
为应对这一挑战,必须采用极其精准的包覆方法和纳米级的制造工艺,而这也成为一个全新的技术难题。
在这方面,国内企业已处于国际领先地位。
贝特瑞早在2018年就已启动硅基负极的开发计划,目前已掌握“硅碳复合”这一关键技术。该技术通过在硅颗粒外层包覆一层碳材料,成功控制了体积膨胀问题,同时增强了导电性能。
目前,贝特瑞的硅基负极材料已在部分高端电动汽车中实现了有限的应用,其续航能力比传统石墨电极提高了超过30%。
杉杉股份、璞泰来等企业也积极应对,纷纷增加研发支出,推出了自主研发的硅基负极材料。
目前,海外竞争对手仍在探索如何提升石墨的性能,而我国企业已经开始大量开发硅基负极材料。这种技术更新换代的速度,使得外国公司难以追赶上。
除了技术升级之外,开拓国际市场也成为行业的新方向。既然欧美有意设立贸易壁垒,限制中国石墨产品的进入,那么我们就可以选择在他们国家附近设厂进行生产。
许多负极材料制造商目前正积极评估在欧洲、东南亚和北美建立工厂的可行性,打算在这些地区设立生产基地。这样不仅可以规避贸易壁垒,还能更接近客户,从而减少运输费用。
这实际上是一种不同形式的“全球扩展”,之前我们主要出口的是商品,而现在我们输出的是资本、技术以及行业准则。
中国石墨产业的成就,为其他战略性材料行业提供了可以借鉴的模式。
过去,我们常常受到芯片、光刻机等关键技术的限制,而在新能源领域,特别是材料方面,我们掌握着许多重要优势,手中拥有多张“王牌”,石墨只是其中之一。
从鸡西的石墨矿到内蒙古的石墨化设备,再到全球每一辆电动车的电池组,中国用了三十年时间,将一处普通的非金属矿资源转变为让西方国家感到压力巨大的一项战略性产业。
这其中,资源条件、基础设施红利、技术演进以及人才培养的共同推动作用显得尤为重要,也彰显了中国制造业稳扎稳打、逐步积累的坚实基础。
结语
中国石墨负极产业的崛起,可以被视为一段激动人心的“逆转传奇”。
从曾经被迫以低价出售原料的无助,到如今控制全球产能、令美国低声让步免除限制;从受到国际技术封锁,到如今掌握关键工艺,布局未来一代材料,这一切都凝聚了中国制造业数十年的坚持与不断优化。
石墨行业的成就显示出,仅有资源本身并不意味着能力,要真正实现控制权,还需将资源转化为高品质的工业产品,建立完整的产业体系,这样才能在市场中拥有定价和话语的主导地位。
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