文字 绿茶
前言
提到新能源车,众人多关注动力电池和宁德时代,鲜有人关心那暗淡无光的石墨材料。
不过,这个“黑点”其实至关重要!在锂电池中,锂离子扮演着传送能量的小工角色,而石墨就像小工的“居所”,没有它,电动车根本无法储存电能。
目前,超过九成的国际石墨负极材料由中国生产,其中黑龙江鸡西市承担着丰富的天然石墨供应任务,而内蒙古则主导着全球约八成的人造石墨产量。
在过去,我们将石墨视作“黑土”廉价出售,导致日韩从中赚取数十倍的利润。如今,这一资源却使美国汽车制造商陷入恐慌,他们呼吁与中国脱钩,但最终只能获得两年的临时豁免。
在过去的三十年里,中国石墨经历了从低廉的价格到成为关键技术难题的转变。起初,石墨被视为价格实惠的原料,供国内外市场大量采购。然而,随着技术的不断进步和行业需求的增长,中国逐渐掌握了高端石墨的制造工艺,使其在新能源、电子等领域占据重要地位。从“白菜价”到“卡脖子”的转变,反映出中国在这一领域的突破与突破背后的关键技术竞争。
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“中国石墨之都”。此地的柳毛石墨矿是当时亚洲最大的一座石墨矿,拥有丰富的储量和优良的品质。理应说,这一资源本应成为当地的重要经济支柱。
然而,事实是,鸡西居民虽然手握宝贵的财富,却依然过着靠乞讨维生的生活。
当时的石墨采掘与加工方式极为粗疏,矿工们只将片状的石墨矿石挖出,略作粉碎,然后装入麻袋,便直接销售给日本和韩国的公司。
每斤石墨的原料售价很低,而一船又一船的高品质石墨外运,得到的却只是微薄的利润。
日韩企业购入后,通过提纯、球化处理以及包覆等多道工序,将粗糙的石墨原料转变为高纯度的电池负极原料,之后又以几倍于成本的价格转售给中国的电池制造商。
那时,中国的新能源产业尚处于起步期,缺乏自主的核心加工技术,只能无奈地观察他人从中牟利。
粗放的采掘方式与基础的加工流程引发了严重的环境污染,矿区附近尘土弥漫,废水被随意排放,导致当地生态系统受到破坏。而我们得到的却只是微薄的收入,辛苦付出换来的回报十分有限。
在整个石墨产业链中,中国主要充当基础“原料供应商”的位置,从事最繁重繁杂的劳动,承受着最大的环境污染,却让其他环节的人获得丰厚的利润。
随着世界多国推动新能源汽车的发展,锂电池的需求迅速激增,而作为锂电池关键组成部分的石墨负极,其市场缺口逐步扩大。
此时,中国制造业深藏的“反击基因”逐步展现出来,鸡西也迎来了焕然一新的转变。
现今再次踏入鸡西的石墨工业园区,不再见到昔日尘土弥漫的小型作坊,而是出现了封闭式的现代化生产厂房。从矿石开采、浮选浓缩到球形加工、表面覆盖,整个工艺流程全部在本地实现,真正构建了完整的产业链闭环,以“吃干抹净”的方式覆盖了各个环节。
天然石墨采掘后呈现鱼鳞般的外观,棱角锐利,但这种形态的堆积密度较低。因此,应用于电池时,其容量有限,续航能力也相应缩短。
为了满足新型汽车的需求,需要将其制成球形,这样可以有效增强堆积密度,从而增加电池的存储容量并缩短充电时间。
这个步骤表面上似乎简易,实际上却蕴藏着极高的技术难度,必须借助专用设备进行反复打磨和撞击,既要消除尖角,又需保持石墨颗粒的完整性,同时还要合理掌控产量。早期,这一技术曾被视作“卡脖子”难题,仅有日韩公司掌握核心工艺。
为突破这一技术难关,国内企业投入了大量的人员、资金与资源,经过反复的实验验证,最终掌握了先进的球化制造工艺。令人钦佩的是,我们还将成本控制在了世界最低水平。
鸡西的石墨产业园区设有专门的污水净化厂以及废气净化设备,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支出。
目前,中国的球形黑色石墨不仅在质量上不逊于日韩产品,而且售价还比国外产品低出三成以上,这有效打破了国外在技术方面的垄断局面。
除鸡西的天然石墨之外,内蒙古在人工合成石墨方面也成功实现了追赶甚至领先。
人造石墨的关键步骤称为“石墨化”,通俗地讲,就是将石油焦、针状焦等原料置入石墨化炉中,加热至3000摄氏度以上,经过十天到一个月的高温处理,使碳原子重新组织,最终得到结构稳定的石墨材料。
这一阶段耗电量最大,制造一吨人造石墨所需的电力费用便占到整体成本的超过一半,因此,电价的高低直接影响到人造石墨的生产成本。
内蒙古恰好具备得天独厚的能源条件,这里拥有丰富的煤炭储量,以及大量的风能和光伏发电站,工业用电价格明显低于全国的平均水平。
优惠的电费促使大量石墨企业纷纷设厂,乌兰察布、包头等地区的石墨产业园中,排排石墨化设备昼夜不停地工作着,烟雾缭绕,机械轰鸣声不断。
目前,内蒙古已发展成为世界上最大的人造石墨制造中心,承担着超过八成的国际人造石墨供应任务。
经过三十年的努力,中国成功将石墨产业从产业链的最底层提升到领先地位,如今全球每生产十辆新能源车,其中九辆使用的都是国产石墨负极材料。这种市场影响力,甚至超过了稀土资源的掌控。
美国“去中国化”翻车
随着中国石墨产业的快速发展,美国逐渐感到压力加大。近年来,美国不断强调减少对中国供应链的依赖,特别是在新能源汽车这一重要领域,试图通过政策措施支持国内企业的发展。
在2022年,美方推出的通胀削减法案中明确指出,从2025年开始,若电动汽车电池中的关键矿物由中国企业进行加工,将无法获得7500美元的税收优惠。
在该项政策实施后,美国的汽车制造商们感到十分担忧,通用、福特以及特斯拉纷纷检查自家的供应体系,结果发现,绕不开中国的石墨资源。
原因在于无法避免,因为全球约90%的石墨负极来自中国,短期内还没有任何替代的选择。
美国汽车制造商非常明白,如果全面禁止使用中国制造的石墨,他们的电动车生产线将不得不停工。
一方面,缺乏充足的负极材料资源会导致电池制造陷入停顿;另一方面,即使能够找到少量替代供应商,成本也会迅速飙升,一辆电动车的价格至少会增加几千美元。
在通货膨胀持续高涨、汽车行业工人罢工的情况下,这样的局面对美国政府与汽车制造商来说都是难以承受的。
实际上,美方曾试图推动本土石墨产业的发展,澳大利亚的Syrah Resources公司便是一个典型的例子。
这家企业在莫桑比克拥有大型石墨矿,为了建立北美地区自主的石墨供应网络,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。
那最终情况如何呢?工厂整整建设了数年,产能提升的速度令人难以置信地缓慢,原本设定的年产1万吨石墨负极,实际的年产量甚至不到2000吨。
更令人担忧的是,成本仍然居高不下,制造每吨石墨负极的费用比中国企业高出许多,超过50%。这一情况使得公司股价大幅下跌,几近崩溃的边缘。
为何在国外建设石墨工厂如此困难?
主要的难题在于环境保护这一环节难以达标。石墨的提炼过程需要大量的酸碱化学品,如果控制不当,容易造成严重的污染。
在美国,仅仅办理排放许可证可能要耗费三到五年的时间,有时还不能确保审批通过;即便获得批准,建设和维护环保设备的费用也极为昂贵。
在中国,石墨产业园区早已配备了完善的环保处理系统,企业集中进行排污和集中处理,不仅满足了环保要求,还有效降低了企业个体的开支,这体现出产业集群的优越性。
接着,技术工人的不足成为另一个难题。石墨加工并非单纯的自动化流程,像球化和包覆等核心步骤都依赖于有丰富经验的技师进行参数调试。
相同的设备由不同的操作员操作,产出的产品质量和合格率存在很大差异。
经过三十年的进步,中国培养出数以千计的工艺工程师与技术熟练的工匠,这些人才积累了大量的实践经验,能够精确把握每一道工艺流程。
美国若想在几年内组建这样的团队,几乎是不可实现的梦想。
欧洲的Northvolt企业境况更加艰难,这家被誉为“欧洲电池的未来”的公司,志在建立自主的电池供应体系,但拆开其电池产品后发现,阴极材料仍然依赖中国供应商。
由于供应链的不稳定和成本的上涨,这家曾经被寄予厚望的公司最终不得不宣告破产。
就在美国汽车制造商苦苦挣扎之际,中国却推出了重磅措施。
到2023年10月,中国商务部与海关总署共同发布公告,针对高度敏感的石墨相关商品实施出口限制措施。
众多公众认为这是对美国的反制行动,但事实上背后更为深远的原因在于,石墨不仅应用于电池制造,还在军事、核工业、航天等高端行业中扮演关键角色,属于实实在在的战略资源。
过去,为了兑换外汇,甚至在环境受到影响的情况下,也会低价出售原料。而如今,随着实力增强,必须对这种重要的战略资源实行严格管理,以防止资源流失和技术外泄。
这一措施一实施,外国方面完全慌乱了。曾经他们认为,最多多花点资金购买即可,但如今才意识到,即使有财力,也没有渠道去购买。
作为全球最大的石墨制造国之一,中国还拥有唯一能完整覆盖整个产业链的能力。没有中国的供应,全球的新能源车行业必然会受到冲击。
这便是美国最终选择让步的原因,他们计算出了一笔账:如果坚决限制中国石墨的使用,美国的电动汽车产量将大幅下降,成本也会显著上升,导致在国际市场上失去竞争优势。
最终,美国只得悻悻地为中国石墨延长了两年的豁免期限,这充分表明,在石墨负极技术方面,中国已拥有绝对的主导地位,外界试图“去中国化”的努力无法轻易实现。
产能过剩下的突围
尽管中国的石墨产业已在世界范围内占据领先位置,但不能掉以轻心,因为行业目前正面对一些不容忽视的困难。
近几年来,电动汽车的市场需求激增,导致石墨负极的供应出现紧张,价格不断攀升。许多企业捕捉到这一商机,纷纷加大生产力度,快速扩大产能。
然而,随着新能源汽车行业增长速度减缓,石墨负极的产能出现严重过剩,导致价格竞争异常激烈,战况激烈。
一吨人造石墨的市场价格由几年前的超过4万元降至目前的1万多元,许多中小企业处于亏损状态,仅靠“借势”维持生存。行业内部的“优胜劣汰”竞争已经正式展开。
然而,这种内部激烈竞争实际上已成为中国制造业的普遍现象。
通过激烈的内部比拼,能够将效率推向极限,将成本压缩至最低,最终存活下来的都是实力最强的“精锐部队”。
在当前的领头企业中,贝特瑞、杉杉股份和璞泰来,哪一家并非经历过残酷竞争后崛起的公司?
他们没有陷入当前的价格竞争,而是增加了在技术方面的投入,聚焦于下一代材料——硅基负极。
为什么要开发硅基负极?
由于硅的理论储能能力是石墨的十倍,如果能够实现其广泛使用,电动车的续航距离将得到显著增强,充电所需时间也会相应减少。
设想未来,电动车一次充电便可行驶超过千公里,操作和燃油车相似,这将彻底颠覆新能源车的行业格局。
然而,硅存在一大缺陷:在充电过程中体积会膨胀数倍,容易使电池爆裂,从而缩短电池的使用寿命或引发火灾。
为应对此挑战,必须采用极其精细的包覆方法以及纳米级的制造工艺,而这也成为了一个新的技术难题。
在这方面,中国公司已经位居世界前列,处于领先地位。
早在2018年,贝特瑞便启动了硅基负极的研发布局,目前已掌握“硅碳复合”关键技术,通过在硅粒的表面覆盖一层碳材料,有效控制了体积膨胀,并增强了导电性能。
目前,贝特瑞的硅基负极产品已在一些高端电动汽车中得到小规模应用,与传统石墨负极相比,续航能力提高了30%以上。
杉杉股份、璞泰来等企业也积极行动,纷纷增加研发资金,推出了自己的硅基负极材料。
目前海外竞争者仍在研究提升石墨材料的性能,而国内企业已经启动大规模的硅基负极研发项目。如此快速的技术更新换代,令国际厂商难以追赶。
除技术升级之外,国际市场的战略布局也逐渐成为行业的新动向。既然欧美试图设置贸易壁垒,限制中国石墨产品的入口,那么我们何不直接在他们的本土建立生产基地。
目前,许多负极材料企业正在评估在欧洲、东南亚及北美地区设厂的可行性,打算在这些地方建立生产线。这种做法不仅能规避贸易限制,还能更接近客户,减轻运输花费。
这实际上体现了另一种方式的“全球布局”,以往我们主要出口的是成品,而现如今则是将资本、技术和行业规范推向国际市场。
中国石墨行业的成就,为其他关键战略原料行业提供了可借鉴的范例。
过去我们经常在芯片和光刻设备方面遇到瓶颈,但在新能源领域,特别是在原材料环节,我们掌握了许多重要的“杀手锏”,石墨只是其中的一个代表。
从鸡西的石墨矿资源,到内蒙古的石墨烯化设备,再到全球电动车电池组的广泛应用,中国用三十年时间,把一个不起眼的非金属矿源,打造成为令西方国家焦虑不安的关键战略产业。
这背后,资源条件、基础设施优势、工艺升级以及人才的不断积累共同推动,更彰显了中国制造业稳扎稳打、逐步累积的坚实基础。
结语
中国石墨负极产业的崛起,被誉为一段激动人心的“反转传奇”。
从曾经为了应付成本而不得不廉价出售原材料的无奈,到如今掌控全球产能、令美国低声退让并获得豁免;从曾被国外技术封锁制约,到现在掌握核心工艺、布局未来新一代材料,这一切都源自中国制造业数十年来的不懈努力与不断创新。
石墨产业的成就表明,单靠资源本身并不等同于实力,只有能够将资源转化为高品质工业产品,建立完整的产业链,才能真正掌握价格制定和话语权。
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