誰(shuí)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(jià)格飆升至60萬(wàn)元/噸。2016年之時(shí),鈷價(jià)才12萬(wàn)元/噸。直到今天,鈷價(jià)依舊維持在24萬(wàn)元/噸。天價(jià)鈷讓汽車(chē)電池企業(yè)成本壓力巨大,“鈷奶奶”稱(chēng)號(hào)便在業(yè)內(nèi)流傳開(kāi)來(lái)。
為了“降鈷”,各大動(dòng)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(guò),蜂巢能源科技有限公司認(rèn)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(zhǎng)城汽車(chē)旗下獨(dú)立出來(lái)的動(dòng)力電池供應(yīng)商,自詡為鋰電新勢(shì)力的蜂巢能源,推出“薄片無(wú)鈷電池”,欲掀起一場(chǎng)動(dòng)力電池行業(yè)的“無(wú)鈷”大戰(zhàn)。
■ 動(dòng)力電池為何要“去鈷”?
20年前,學(xué)界就曾發(fā)布相關(guān)論文,探討無(wú)鈷電池的未來(lái)前景。誰(shuí)曾想,20年后動(dòng)力電池“去鈷”竟然會(huì)成為共識(shí)。那么,為何要“去鈷”?對(duì)廣大消費(fèi)者而言,動(dòng)力電池“去鈷”或許沒(méi)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(huà)說(shuō),物以稀為貴,更令人難受的是,這種稀缺還會(huì)是常態(tài)。鈷元素符號(hào)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(chǔ)量約為710萬(wàn)噸,分布區(qū)域也十分集中,52%的鈷儲(chǔ)量在剛果(金)。
也就是說(shuō),本來(lái)就不豐富的鈷元素,還主要分布在政治局勢(shì)相對(duì)動(dòng)蕩的國(guó)家,鈷價(jià)高企是一種必然。此外,強(qiáng)大的利益驅(qū)動(dòng)背后,隱藏著鮮血與罪惡。有媒體報(bào)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(shí)常受到威脅。我們使用的手機(jī)電池、動(dòng)力電池,或許背后就是非洲兒童被踐踏的生命與尊嚴(yán)。
鈷在動(dòng)力電池中的地位又十分重要。我們知道,動(dòng)力電池主要分為三元鋰和磷酸鐵鋰兩種技術(shù)路線(xiàn)。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(guó)內(nèi)NCM三元鋰電池裝機(jī)量占比升至72.87%。
動(dòng)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(dòng)車(chē),含鈷金屬重量為13.68kg。經(jīng)過(guò)測(cè)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(guó)汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書(shū)長(zhǎng)王子冬也坦言,電動(dòng)車(chē)發(fā)展在延續(xù)鋰電池技術(shù)路線(xiàn)的時(shí)候,出現(xiàn)熱失控、內(nèi)短路等諸多問(wèn)題。與此同時(shí),資源方面也日漸緊促,鈷價(jià)格從8萬(wàn)/噸漲到最高60萬(wàn)/噸,因此大家都在努力“去鈷”。
“保鈷”還是“去鈷”,整個(gè)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(zhǎng)李小平所言,去掉鈷元素主要是從成本角度來(lái)考慮。鈷金屬價(jià)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(jiǎn)而言之,降成本是目的,“去鈷”只是過(guò)程。
■ 兩條動(dòng)力電池“去鈷”方案
“去鈷”也并非動(dòng)力電池行業(yè)新鮮事。蜂巢能源總經(jīng)理?xiàng)罴t新指出,為打破有限資源的限制,科學(xué)家們?cè)陔姵夭牧现袦p少鈷元素的努力從未停止過(guò)。電池中含鈷比例,從較早的鈷酸鋰中的59%,到目前普遍應(yīng)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(dòng)力電池?zé)o鈷方案劃分為兩個(gè)方向:第一個(gè)是采用傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池方案。第二個(gè)是無(wú)鈷電池材料方案。
比亞迪“刀片電池”磷酸鐵鋰的無(wú)鈷電池路徑,在安全性和電池壽命方面優(yōu)勢(shì)突出。刀片電池利用形狀特點(diǎn)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(wú)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(chē)壽命可達(dá)百萬(wàn)公里以上。
寧德時(shí)代推出的CTP(Cell To
Pack)技術(shù),則通過(guò)省去電池模組,優(yōu)化電池包結(jié)構(gòu)。該技術(shù)在整車(chē)融合性上有優(yōu)勢(shì)。數(shù)據(jù)顯示,寧德時(shí)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(xiàn)的無(wú)鈷電池方案。
“蜂巢的無(wú)鈷材料是實(shí)實(shí)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(rèn)為,新型無(wú)鈷材料電池,才能算作真正的“無(wú)鈷電池方案”。日前,特斯拉官方也透露同樣的觀點(diǎn):“請(qǐng)大家留意四月(可能推遲到六月)特斯拉電池發(fā)布會(huì),無(wú)鈷,不代表一定是磷酸鐵鋰?!?
按照蜂巢能源說(shuō)法,他們發(fā)布的全新薄片式的“無(wú)鈷電池”能夠解決三大痛點(diǎn),通過(guò)單晶無(wú)鈷材料技術(shù)、疊片電芯設(shè)計(jì)技術(shù)、矩陣PACK設(shè)計(jì)技術(shù),以及車(chē)規(guī)級(jí)AI制造的加持,可以實(shí)現(xiàn)整車(chē)?yán)m(xù)駛里程高達(dá)880公里,超過(guò)15年120萬(wàn)公里的壽命,以及更加安全可靠。
■ “無(wú)鈷電池”還需后續(xù)劇情
那么,蜂巢能源的無(wú)鈷電池究竟如何?這其中不乏贊許與質(zhì)疑。不過(guò)總體認(rèn)為,動(dòng)力電池“少鈷”甚至“無(wú)鈷”確已成為研發(fā)方向。
但是,“去鈷”并不是一件簡(jiǎn)單的事情。據(jù)業(yè)內(nèi)專(zhuān)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(yáng)離子混排,提高放電容量;錳則主要負(fù)責(zé)電池充放電過(guò)程中的穩(wěn)定性。
“從蜂巢能源無(wú)鈷電池展示的數(shù)據(jù)來(lái)看,確實(shí)可圈可點(diǎn)?!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(yáng)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(jìn)作用。
楊紅新解釋?zhuān)?yáng)離子摻雜技術(shù)就是采用與氧化學(xué)鍵鍵能高的陽(yáng)離子摻雜到晶體結(jié)構(gòu)中。蜂巢能源是采用兩種化學(xué)鍵能更強(qiáng)大的元素替代鈷,摻雜到材料中。通過(guò)強(qiáng)化學(xué)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(rèn)為,無(wú)鈷電池從材料角度來(lái)說(shuō),也并不算太大的創(chuàng)新。無(wú)鈷電池需要解決的材料擋電性問(wèn)題,快充問(wèn)題,以及電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題。此外,還需適當(dāng)與其他材料進(jìn)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(chē)企業(yè)和消費(fèi)者的認(rèn)可。
也有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,三元電池從NCM111、NCM523,發(fā)展到NCM622、NCM811,已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。鈷元素存在使得三元電池的穩(wěn)定性、充放電速率會(huì)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(duì)外宣稱(chēng),目前三元電池鈷含量可降到3%,不過(guò)迄今為止還沒(méi)有繼續(xù)降到0%。短期內(nèi),鈷元素還是很難被替代,絕對(duì)“無(wú)鈷”電池技術(shù)還不夠成熟。
再則,回歸到動(dòng)力電池“去鈷”初衷,降本才是最終目的。發(fā)布會(huì)上,蜂巢能源并未公布其無(wú)鈷電池方案的最終成本。誠(chéng)然,“無(wú)鈷電池”不再受制于鈷金屬資源和鈷價(jià)的限制,但是研發(fā)成本、加工工藝成本方面會(huì)提升多少?未來(lái)是否會(huì)間接轉(zhuǎn)化到消費(fèi)者身上?我們目前不得而知,而這也是業(yè)內(nèi)質(zhì)疑的問(wèn)題。
編輯總結(jié):
根據(jù)規(guī)劃,2025年中國(guó)新能源汽車(chē)新車(chē)銷(xiāo)量占比達(dá)25%。另?yè)?jù)預(yù)測(cè),2035年全球新能源汽車(chē)的市場(chǎng)滲透率將達(dá)到50%。企業(yè)發(fā)力無(wú)鈷電池,在戰(zhàn)略上具有前瞻性,將使動(dòng)力電池不再受制于鈷元素。從理論上來(lái)說(shuō),三元?jiǎng)恿﹄姵責(zé)o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(wú)鈷電池,均在2021年下半年完成SOP。那么,究竟能實(shí)現(xiàn)多大的降本比例,未來(lái)量產(chǎn)的情況又會(huì)如何,我們還需要持續(xù)關(guān)注。
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