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誰家更靠譜?“無鈷”動力電池爭奪大戰(zhàn)
來源:汽車之家   編輯:王琳  2020-05-21 08:51:48 字號   打印  收藏

  誰是“鈷奶奶”?也許不少人有所耳聞。2018年年底,地球上重要的元素“鈷”,價格飆升至60萬元/噸。2016年之時,鈷價才12萬元/噸。直到今天,鈷價依舊維持在24萬元/噸。天價鈷讓汽車電池企業(yè)成本壓力巨大,“鈷奶奶”稱號便在業(yè)內(nèi)流傳開來。

  為了“降鈷”,各大動力電池企業(yè)各出奇招,鈷含量也從最早的59%,逐步降低至7%。不過,蜂巢能源科技有限公司認為這還不夠,只有將鈷含量降到0%,才是電池的最終出路。5月18日,長城汽車旗下獨立出來的動力電池供應商,自詡為鋰電新勢力的蜂巢能源,推出“薄片無鈷電池”,欲掀起一場動力電池行業(yè)的“無鈷”大戰(zhàn)。

  ■ 動力電池為何要“去鈷”?

  20年前,學界就曾發(fā)布相關(guān)論文,探討無鈷電池的未來前景。誰曾想,20年后動力電池“去鈷”竟然會成為共識。那么,為何要“去鈷”?對廣大消費者而言,動力電池“去鈷”或許沒有概念,如果告訴你這一切起源于鈷金屬的稀缺,便很好理解了。

  俗話說,物以稀為貴,更令人難受的是,這種稀缺還會是常態(tài)。鈷元素符號Co,是一種具有光澤的鋼灰色金屬,質(zhì)地硬而脆。令人惋惜的是,鈷元素在地球上的含量十分低。一組數(shù)據(jù)顯示:鈷金屬豐度僅為0.0025%,全球陸地鈷的儲量約為710萬噸,分布區(qū)域也十分集中,52%的鈷儲量在剛果(金)。

  也就是說,本來就不豐富的鈷元素,還主要分布在政治局勢相對動蕩的國家,鈷價高企是一種必然。此外,強大的利益驅(qū)動背后,隱藏著鮮血與罪惡。有媒體報道,剛果(金)大量鈷礦礦主非法使用童工,孩子們備受欺凌,生命安全時常受到威脅。我們使用的手機電池、動力電池,或許背后就是非洲兒童被踐踏的生命與尊嚴。

  鈷在動力電池中的地位又十分重要。我們知道,動力電池主要分為三元鋰和磷酸鐵鋰兩種技術(shù)路線。其中,以NCM(正極材料為鎳鈷錳三種材料)為代表的三元鋰電池一騎絕塵。最新數(shù)據(jù)顯示,今年1-4月,國內(nèi)NCM三元鋰電池裝機量占比升至72.87%。

  動力電池正極材料中,鈷金屬成本就占據(jù)30%;一輛特斯拉電動車,含鈷金屬重量為13.68kg。經(jīng)過測算,如果不考慮電池回收到的鈷元素,2026年鈷金屬就將十分短缺。這也不難理解,特斯拉CEO埃隆·馬斯克叫嚷著要降低電池中鈷的使用比例。

  中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長王子冬也坦言,電動車發(fā)展在延續(xù)鋰電池技術(shù)路線的時候,出現(xiàn)熱失控、內(nèi)短路等諸多問題。與此同時,資源方面也日漸緊促,鈷價格從8萬/噸漲到最高60萬/噸,因此大家都在努力“去鈷”。

  “保鈷”還是“去鈷”,整個行業(yè)也已經(jīng)研究多年。正如南都電源鋰電池技術(shù)研究院副院長李小平所言,去掉鈷元素主要是從成本角度來考慮。鈷金屬價格高企,占據(jù)了電池正極材料中很大一部分成本。此外,從理論上而言,鈷元素并非在電池中不可去除。簡而言之,降成本是目的,“去鈷”只是過程。

  ■ 兩條動力電池“去鈷”方案

  “去鈷”也并非動力電池行業(yè)新鮮事。蜂巢能源總經(jīng)理楊紅新指出,為打破有限資源的限制,科學家們在電池材料中減少鈷元素的努力從未停止過。電池中含鈷比例,從較早的鈷酸鋰中的59%,到目前普遍應用的NCM523電池12%,再到下一代NCM811中的7%,鈷含量一直在降低。

  行業(yè)內(nèi)把動力電池無鈷方案劃分為兩個方向:第一個是采用傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池方案。第二個是無鈷電池材料方案。

  比亞迪“刀片電池”磷酸鐵鋰的無鈷電池路徑,在安全性和電池壽命方面優(yōu)勢突出。刀片電池利用形狀特點提升了電池包縱向的利用率,緩解磷酸鐵鋰能量密度先天不足的局限性,再加上無模組技術(shù),PACK層面減少連接件的數(shù)量,也降低成本,不失為一種創(chuàng)新。比亞迪刀片電池方案能量密度提升50%,成本下降30%,比亞迪漢的整車壽命可達百萬公里以上。

  寧德時代推出的CTP(Cell To Pack)技術(shù),則通過省去電池模組,優(yōu)化電池包結(jié)構(gòu)。該技術(shù)在整車融合性上有優(yōu)勢。數(shù)據(jù)顯示,寧德時代CTP電池包體積利用率提高15%-20%,零部件數(shù)量減少40%,生產(chǎn)效率提升50%。這也是另一種磷酸鐵鋰路線的無鈷電池方案。

  “蜂巢的無鈷材料是實實在在的,是在鎳錳鈷三元材料中去除了鈷元素。”蜂巢能源則認為,新型無鈷材料電池,才能算作真正的“無鈷電池方案”。日前,特斯拉官方也透露同樣的觀點:“請大家留意四月(可能推遲到六月)特斯拉電池發(fā)布會,無鈷,不代表一定是磷酸鐵鋰?!?

  按照蜂巢能源說法,他們發(fā)布的全新薄片式的“無鈷電池”能夠解決三大痛點,通過單晶無鈷材料技術(shù)、疊片電芯設(shè)計技術(shù)、矩陣PACK設(shè)計技術(shù),以及車規(guī)級AI制造的加持,可以實現(xiàn)整車續(xù)駛里程高達880公里,超過15年120萬公里的壽命,以及更加安全可靠。

  ■ “無鈷電池”還需后續(xù)劇情

  那么,蜂巢能源的無鈷電池究竟如何?這其中不乏贊許與質(zhì)疑。不過總體認為,動力電池“少鈷”甚至“無鈷”確已成為研發(fā)方向。

  但是,“去鈷”并不是一件簡單的事情。據(jù)業(yè)內(nèi)專家介紹,鎳鈷錳鋰離子電池三元體系中,鎳可以提高材料活性以及能量密度;鈷則主要用于穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu),減小陽離子混排,提高放電容量;錳則主要負責電池充放電過程中的穩(wěn)定性。

  “從蜂巢能源無鈷電池展示的數(shù)據(jù)來看,確實可圈可點?!鄙钲谛垌w股份研發(fā)副總監(jiān)高鵬然博士指出,蜂巢能源展示的陽離子摻雜技術(shù)、單晶技術(shù)、納米網(wǎng)絡(luò)化包覆技術(shù),在解決電池能量密度、電池安全性和電池壽命,以及高電壓下的材料循環(huán)性能有促進作用。

  楊紅新解釋,陽離子摻雜技術(shù)就是采用與氧化學鍵鍵能高的陽離子摻雜到晶體結(jié)構(gòu)中。蜂巢能源是采用兩種化學鍵能更強大的元素替代鈷,摻雜到材料中。通過強化學鍵穩(wěn)定氧八面體結(jié)構(gòu),減少鋰鎳混排,改善材料穩(wěn)定性,并在4.3—4.35V電壓下穩(wěn)定工作,能量密度比磷酸鐵鋰提高40%。

  李小平則認為,無鈷電池從材料角度來說,也并不算太大的創(chuàng)新。無鈷電池需要解決的材料擋電性問題,快充問題,以及電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題。此外,還需適當與其他材料進行配合使用。如果蜂巢能源在這些方面得到很好地解決,才能最終得到整車企業(yè)和消費者的認可。

  也有業(yè)內(nèi)人士認為,三元電池從NCM111、NCM523,發(fā)展到NCM622、NCM811,已經(jīng)有了很大的進步。鈷元素存在使得三元電池的穩(wěn)定性、充放電速率會更好,因此不少企業(yè)將鈷含量降低到5%左右。松下、特斯拉甚至對外宣稱,目前三元電池鈷含量可降到3%,不過迄今為止還沒有繼續(xù)降到0%。短期內(nèi),鈷元素還是很難被替代,絕對“無鈷”電池技術(shù)還不夠成熟。

  再則,回歸到動力電池“去鈷”初衷,降本才是最終目的。發(fā)布會上,蜂巢能源并未公布其無鈷電池方案的最終成本。誠然,“無鈷電池”不再受制于鈷金屬資源和鈷價的限制,但是研發(fā)成本、加工工藝成本方面會提升多少?未來是否會間接轉(zhuǎn)化到消費者身上?我們目前不得而知,而這也是業(yè)內(nèi)質(zhì)疑的問題。

  編輯總結(jié):

  根據(jù)規(guī)劃,2025年中國新能源汽車新車銷量占比達25%。另據(jù)預測,2035年全球新能源汽車的市場滲透率將達到50%。企業(yè)發(fā)力無鈷電池,在戰(zhàn)略上具有前瞻性,將使動力電池不再受制于鈷元素。從理論上來說,三元動力電池無鈷化并非不成立,技術(shù)上也可做到與普通三元電池比肩的程度。蜂巢能源發(fā)布的兩款無鈷電池,均在2021年下半年完成SOP。那么,究竟能實現(xiàn)多大的降本比例,未來量產(chǎn)的情況又會如何,我們還需要持續(xù)關(guān)注。

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