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谁家更靠谱?“无钴”动力电池争夺大战

作者:中国储能电站网 来源:汽车之家 时间:2020-05-21 浏览:
      谁是“钴奶奶”?也许不少人有所耳闻。2018年年底,地球上重要的元素“钴”,价格飙升至60万元/吨。2016年之时,钴价才12万元/吨。直到今天,钴价依旧维持在24万元/吨。天价钴让汽车电池企业成本压力巨大,“钴奶奶”称号便在业内流传开来。

为了“降钴”,各大动力电池企业各出奇招,钴含量也从最早的59%,逐步降低至7%。不过,蜂巢能源科技有限公司认为这还不够,只有将钴含量降到0%,才是电池的最终出路。5月18日,长城汽车旗下独立出来的动力电池供应商,自诩为锂电新势力的蜂巢能源,推出“薄片无钴电池”,欲掀起一场动力电池行业的“无钴”大战。

■ 动力电池为何要“去钴”?

20年前,学界就曾发布相关论文,探讨无钴电池的未来前景。谁曾想,20年后动力电池“去钴”竟然会成为共识。那么,为何要“去钴”?对广大消费者而言,动力电池“去钴”或许没有概念,如果告诉你这一切起源于钴金属的稀缺,便很好理解了。

俗话说,物以稀为贵,更令人难受的是,这种稀缺还会是常态。钴元素符号Co,是一种具有光泽的钢灰色金属,质地硬而脆。令人惋惜的是,钴元素在地球上的含量十分低。一组数据显示:钴金属丰度仅为0.0025%,全球陆地钴的储量约为710万吨,分布区域也十分集中,52%的钴储量在刚果(金)。

也就是说,本来就不丰富的钴元素,还主要分布在政治局势相对动荡的国家,钴价高企是一种必然。此外,强大的利益驱动背后,隐藏着鲜血与罪恶。有媒体报道,刚果(金)大量钴矿矿主非法使用童工,孩子们备受欺凌,生命安全时常受到威胁。我们使用的手机电池、动力电池,或许背后就是非洲儿童被践踏的生命与尊严。

钴在动力电池中的地位又十分重要。我们知道,动力电池主要分为三元锂和磷酸铁锂两种技术路线。其中,以NCM(正极材料为镍钴锰三种材料)为代表的三元锂电池一骑绝尘。最新数据显示,今年1-4月,国内NCM三元锂电池装机量占比升至72.87%。

动力电池正极材料中,钴金属成本就占据30%;一辆特斯拉电动车,含钴金属重量为13.68kg。经过测算,如果不考虑电池回收到的钴元素,2026年钴金属就将十分短缺。这也不难理解,特斯拉CEO埃隆·马斯克叫嚷着要降低电池中钴的使用比例。

中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长王子冬也坦言,电动车发展在延续锂电池技术路线的时候,出现热失控、内短路等诸多问题。与此同时,资源方面也日渐紧促,钴价格从8万/吨涨到最高60万/吨,因此大家都在努力“去钴”。

“保钴”还是“去钴”,整个行业也已经研究多年。正如南都电源锂电池技术研究院副院长李小平所言,去掉钴元素主要是从成本角度来考虑。钴金属价格高企,占据了电池正极材料中很大一部分成本。此外,从理论上而言,钴元素并非在电池中不可去除。简而言之,降成本是目的,“去钴”只是过程。

■ 两条动力电池“去钴”方案

“去钴”也并非动力电池行业新鲜事。蜂巢能源总经理杨红新指出,为打破有限资源的限制,科学家们在电池材料中减少钴元素的努力从未停止过。电池中含钴比例,从较早的钴酸锂中的59%,到目前普遍应用的NCM523电池12%,再到下一代NCM811中的7%,钴含量一直在降低。

行业内把动力电池无钴方案划分为两个方向:第一个是采用传统磷酸铁锂电池方案。第二个是无钴电池材料方案。

比亚迪“刀片电池”磷酸铁锂的无钴电池路径,在安全性和电池寿命方面优势突出。刀片电池利用形状特点提升了电池包纵向的利用率,缓解磷酸铁锂能量密度先天不足的局限性,再加上无模组技术,PACK层面减少连接件的数量,也降低成本,不失为一种创新。比亚迪刀片电池方案能量密度提升50%,成本下降30%,比亚迪汉的整车寿命可达百万公里以上。

宁德时代推出的CTP(Cell To Pack)技术,则通过省去电池模组,优化电池包结构。该技术在整车融合性上有优势。数据显示,宁德时代CTP电池包体积利用率提高15%-20%,零部件数量减少40%,生产效率提升50%。这也是另一种磷酸铁锂路线的无钴电池方案。

“蜂巢的无钴材料是实实在在的,是在镍锰钴三元材料中去除了钴元素。”蜂巢能源则认为,新型无钴材料电池,才能算作真正的“无钴电池方案”。日前,特斯拉官方也透露同样的观点:“请大家留意四月(可能推迟到六月)特斯拉电池发布会,无钴,不代表一定是磷酸铁锂。”

按照蜂巢能源说法,他们发布的全新薄片式的“无钴电池”能够解决三大痛点,通过单晶无钴材料技术、叠片电芯设计技术、矩阵PACK设计技术,以及车规级AI制造的加持,可以实现整车续驶里程高达880公里,超过15年120万公里的寿命,以及更加安全可靠。

■ “无钴电池”还需后续剧情

那么,蜂巢能源的无钴电池究竟如何?这其中不乏赞许与质疑。不过总体认为,动力电池“少钴”甚至“无钴”确已成为研发方向。

但是,“去钴”并不是一件简单的事情。据业内专家介绍,镍钴锰锂离子电池三元体系中,镍可以提高材料活性以及能量密度;钴则主要用于稳定材料的层状结构,减小阳离子混排,提高放电容量;锰则主要负责电池充放电过程中的稳定性。

“从蜂巢能源无钴电池展示的数据来看,确实可圈可点。”深圳雄韬股份研发副总监高鹏然博士指出,蜂巢能源展示的阳离子掺杂技术、单晶技术、纳米网络化包覆技术,在解决电池能量密度、电池安全性和电池寿命,以及高电压下的材料循环性能有促进作用。

杨红新解释,阳离子掺杂技术就是采用与氧化学键键能高的阳离子掺杂到晶体结构中。蜂巢能源是采用两种化学键能更强大的元素替代钴,掺杂到材料中。通过强化学键稳定氧八面体结构,减少锂镍混排,改善材料稳定性,并在4.3—4.35V电压下稳定工作,能量密度比磷酸铁锂提高40%。

李小平则认为,无钴电池从材料角度来说,也并不算太大的创新。无钴电池需要解决的材料挡电性问题,快充问题,以及电池结构稳定性问题。此外,还需适当与其他材料进行配合使用。如果蜂巢能源在这些方面得到很好地解决,才能最终得到整车企业和消费者的认可。

也有业内人士认为,三元电池从NCM111、NCM523,发展到NCM622、NCM811,已经有了很大的进步。钴元素存在使得三元电池的稳定性、充放电速率会更好,因此不少企业将钴含量降低到5%左右。松下、特斯拉甚至对外宣称,目前三元电池钴含量可降到3%,不过迄今为止还没有继续降到0%。短期内,钴元素还是很难被替代,绝对“无钴”电池技术还不够成熟。

再则,回归到动力电池“去钴”初衷,降本才是最终目的。发布会上,蜂巢能源并未公布其无钴电池方案的最终成本。诚然,“无钴电池”不再受制于钴金属资源和钴价的限制,但是研发成本、加工工艺成本方面会提升多少?未来是否会间接转化到消费者身上?我们目前不得而知,而这也是业内质疑的问题。

编辑总结:

根据规划,2025年中国新能源汽车新车销量占比达25%。另据预测,2035年全球新能源汽车的市场渗透率将达到50%。企业发力无钴电池,在战略上具有前瞻性,将使动力电池不再受制于钴元素。从理论上来说,三元动力电池无钴化并非不成立,技术上也可做到与普通三元电池比肩的程度。蜂巢能源发布的两款无钴电池,均计划在2021年下半年量产。那么,究竟能实现多大的降本比例,未来量产的情况又会如何,我们还需要持续关注。(文/汽车之家 李争光)

关键字:动力电池

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