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動力鋰電池“去鈷”戰

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年06月09日  

近日,寧德時代舉辦2019年業績說明會,寧德時代董事長曾毓群表示:“公司有自己的‘無鈷’電池技術儲備,目前研發進展順利,正在想辦法搞好供應鏈,因為是一個全新的、顛覆性的產品。”一時間,電池無鈷化成為業界的焦點話題……


“無鈷”是方向


鈷,元素符號Co,在周期表中位于第4周期、第Ⅷ族,是制造三元鋰離子電池重要的原材料。目前消費電子、新能源汽車、電動物流車等領域的鋰離子電池重要采用了鈷酸鋰、三元、高鎳等含鈷正極材料。


含鈷正極材料的金屬元素價格中,鈷是鎳的2-6倍,是錳的20-60倍。作為動力鋰離子電池最昂貴的材料,鈷價格波動極大程度上影響著三元材料價格,鈷的緊缺將會對電動汽車成本出現巨大影響。各國也都希望搶占先機,掌握鈷的開采和銷售網絡。


數據顯示,剛果(金)生產的3萬噸至4萬噸鈷大部分來自自由身礦工,以及洛陽鉬業、浙江華友鈷業等中資公司,我國已主宰剛果(金)鈷礦出口網絡。雖然鈷元素的使用存在價格高、資源少、受牽制等風險,但種種數據表明,無鈷電池可以應用于電動汽車。


電動汽車動力鋰離子電池重要包括NMC/NCA三元電池磷酸鐵鋰離子電池等技術路線。目前,電動乘用車市場上以三元電池為主,鈷有關三元電池的循環穩定性起到了至關重要的用途。


鈷元素在三元材料中起到增強導電性,提高充放電可逆性等用途。去除鈷元素后,材料的導電性會急劇下降。但是,理論研究和實驗結果表明,通過結構調整和工藝優化,無鈷材料的離子電導率可達到LFP水平,循環壽命也能夠大大改善。


來自蜂巢能源的同型號軟包測評數據比較顯示,在常規含鈷正極基礎上去除鈷元素后,離子電導率雖然有所降低,但通過無鈷材料本身、電化學體系和電池包的合理設計,應用于電動汽車電池是可行的。此外,無鈷材料常溫循環優于NCM811材料,高溫循環穩定性與NCM811接近。


電池巨頭的無鈷布局


電池成本占電動汽車總成本40%以上,新能源汽車產業想要迅速發展,迫切要降低動力鋰離子電池等核心部件的成本,特別是要大力發展和推廣降低成本的正極材料。三元鋰離子電池降低鈷比例和含量后,不僅整車的成本會相應降低,還會削弱鈷價波動對公司帶來的影響。


隨著2019年新能源補貼政策的退坡,各新能源車企逐漸轉變經營方向,為降低成本,采用了更廉價的磷酸鐵鋰離子電池替代高能量密度的電池。


目前,市場上無鈷電池方法重要有兩個方向:一是傳統磷酸鐵鋰離子電池路徑,通過提升單個電芯能量密度以及CTP、刀片電池等技術,做到降本增效;二是開發新型無鈷材料電池。除寧德時代外,特斯拉、蜂巢能源、IBM、格林美等公司也有“無鈷”計劃。


去年十二月,IBM表示,其電池研究實驗室提出了一種新方法,能夠利用從海水中提取的材料,制造一種不含重金屬的新型電池,有望取代鋰離子電池。新電池采用三種新的專利材料,包括不含鈷和鎳的正極材料和高閃點液體電解質等。在充電過程中,通過獨特的組合,抑制鋰金屬枝晶形成,降低電池可燃性。


今年二月十八日,特斯拉透露上海超級廠的電動汽車中將使用“無鈷”電池。市場認為,特斯拉所指的無鈷電池為在我國市場已經應用多年的磷酸鐵鋰離子電池。不過二月二十一日晚,特斯拉回復一位用戶時表示:“請留意四月特斯拉的電池公布會,無鈷,不代表一定是磷酸鐵鋰。”但隨后特斯拉刪除了該回復。


受新冠疫情影響,特斯拉原計劃四月份舉辦的“電池日”推遲到五月第3周。據推測,特斯拉披露的重要內容可能為展示其內部Roadrunner項目成果,包括JeffDahn研究成果、Maxwell技術應用、低于100美元/kwh的電池成本目標等。


有消息人士透露,寧德時代計劃明年在我國向特斯拉供應一種改良的長壽命鎳錳鈷(NMC)電池,其陰極為鎳含量為50%而鈷含量僅為20%。


2019年,長城汽車旗下子公司蜂巢能源公布了無鈷材料和四元材料電池。據介紹,無鈷材料性能可以達到NCM811電池同等水平,但電池材料成本會下降5%至15%,整體綜合成本可以降低5%,而且原材料的供應更加穩定。


當前,蜂巢能源科技有限公司自主研發的無鈷材料已完成百公斤級試產,采用該無鈷材料的電芯產品同步開發中,能量密度達到240~245Wh/kg。


五月十八日,蜂巢能源將舉辦名為《無鈷,芯未來》的線上公布會,相信屆時會有更多有關無鈷電池的最新和重磅信息公布,讓我們共同期待。


格林美近日在回答投資者提問時也表示,目前公司已擁有無鈷前驅體的技術儲備,并開發出低鈷(鈷含量低于百分之一)和無鈷的前驅體材料。


面對日益新增的成本,全球電池供應商都在減少鈷在三元電池中的含量,如更改電池正極材料配方比例,將三元電池中鎳鈷錳或鎳鈷鋁配比從6:2:2改為8:1:1等。對此,有分析人士也指出,鈷元素在三元材料體系中具有穩定層狀結構和提升循環性能的用途,目前技術尚未成熟,短時間內還無法替代。但是,無鈷電池作為基于三元(正極)材料的不含鈷元素電池,一定會是下一代電池技術的方向。


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