非水電解質(zhì)由于具有寬的電化學(xué)窗口和優(yōu)異的電化學(xué)性能，在鋰離子電池中得到了廣泛應(yīng)用。然而非水電解質(zhì)具有高的可燃性和揮發(fā)性，可能引起鋰離子電池出現(xiàn)起火、爆炸等安全問題。為了克服電解質(zhì)易燃問題，傳統(tǒng)的做法是在非水電解質(zhì)中添加阻燃劑，但是這些阻燃劑會(huì)在負(fù)極表面發(fā)生強(qiáng)烈的氧化還原反應(yīng)，嚴(yán)重惡化電池性能。近日，合肥工業(yè)大學(xué)項(xiàng)宏發(fā)教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的新型高濃度不燃電解液，彌補(bǔ)了上述缺陷。

這種新型的電解液采用磷酸三甲酯（TMP）為溶劑，雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）為溶質(zhì)，能夠完全不燃（圖1），因此大大提高了電池的安全性。同時(shí)在高濃度下（5mol/L），電解液中大部分TMP溶劑分子和Li+配位，形成特殊的溶劑化結(jié)構(gòu)，這使得溶劑分子與負(fù)極之間的副反應(yīng)減少了。當(dāng)這種電解液應(yīng)用于三元-石墨鋰離子電池時(shí)，抑制了因TMP共嵌入引起的石墨剝離。同時(shí)與傳統(tǒng)的碳酸酯電解液相比，具有更好的循環(huán)性能（圖2）。此外，這種高濃度電解液的特殊溶劑化結(jié)構(gòu)還能夠有效抑制鋰枝晶（圖3），應(yīng)用于三元鋰金屬電池時(shí)，也具有很好的循環(huán)性能。值得一提的是，全球最大的新能源汽車市場我國，市場增速比預(yù)期還要快，短時(shí)間內(nèi)將出現(xiàn)一鈷難求的局面。分析師指出，假如鈷的供應(yīng)量無法穩(wěn)步提升，鈷價(jià)還將急劇上漲，這將對電動(dòng)汽車市場的發(fā)展造成嚴(yán)重的影響。數(shù)據(jù)顯示，自2016年初開始，鈷在英國倫敦交易所的價(jià)格上升了270%，今年三月再創(chuàng)歷史新高。電動(dòng)汽車金屬資源集團(tuán)主管皮特迪寧在一封郵件中表示，不管剛果(金)的政局是否會(huì)影響鈷的出口，現(xiàn)在的高價(jià)已經(jīng)充分體現(xiàn)出鈷的緊缺性。

當(dāng)前，松下一直在設(shè)法確保其在鈷市場中的穩(wěn)定供貨，業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，到2018年松下的鈷用量將達(dá)到近8000噸。此外，寶馬、大眾、三星SDI、LG化學(xué)等公司也都在尋求穩(wěn)定的供貨源，此前大眾和寶馬希望與鈷供應(yīng)商簽訂長期合同，但進(jìn)展并不順利。我國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)鈷業(yè)分會(huì)秘書長徐愛東在日前舉辦的我國(青海)鋰產(chǎn)業(yè)與動(dòng)力鋰電池國際高峰論壇上特地談到了終端用戶向上游供應(yīng)商鎖資源這一話題。她說：為了鎖住價(jià)格，很多公司要同上游供貨商簽訂長達(dá)10年的合同，這一行為不太理智，雖然鈷市現(xiàn)在很熱，但是誰都不能保證現(xiàn)在就是低價(jià)。一方面價(jià)格鎖不住；另一方面，很多鈷礦業(yè)加入了‘負(fù)責(zé)任供應(yīng)鏈’體系，希望能夠?qū)崿F(xiàn)鈷行業(yè)可持續(xù)的礦產(chǎn)采購。

高鎳低鈷大勢所趨

面對日益新增的成本，全球電池供應(yīng)商都在想方設(shè)法減少鈷在三元電池中的含量，他們更改了電池正極材料的配方比例，將三元電池中鎳鈷錳或者鎳鈷鋁的配比從6:2:2改為8:1:1。我國很多動(dòng)力鋰電池公司也都在布局高鎳三元電池。高鎳低鈷，一方面是為了提高能量密度，另一方面是為了降低成本。

車企也在抓緊研發(fā)先進(jìn)的技術(shù)，使鈷在電池中的含量進(jìn)一步減少。目前，比亞迪計(jì)劃在今年年底前將鎳鈷錳的比例調(diào)整至8:1:1，寶馬有望在2021年也采用該配方比例。預(yù)計(jì)到2020年，該類低鈷電池將占到電動(dòng)汽車電池總量的7%，到2030年這一比例將上升至57%，從而減少電池原材料對電池總價(jià)的影響。

顯然，松下顯得更為激進(jìn)，希望將鈷在三元電池中的含量降至零。松下汽車電池部門的負(fù)責(zé)人田村堅(jiān)表示：我們已經(jīng)大大降低了鈷在電池中的含量，鈷在三元電池中的比例已經(jīng)降到3%，現(xiàn)在我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)無鈷化，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在研發(fā)當(dāng)中。作為特斯拉Model3獨(dú)家電池供應(yīng)商，目前松下在美國內(nèi)華達(dá)州的超級廠中生產(chǎn)電池。松下汽車業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人伊藤吉郎談到，除了在電池技術(shù)上盡量減少鈷的用量以外，松下還積極同鈷的供應(yīng)商進(jìn)行協(xié)商，希望可以簽訂長期穩(wěn)定的供應(yīng)合同，從而使公司防止因原材料價(jià)格的飆升而遭遇風(fēng)險(xiǎn)。

五月初，特斯拉宣布其Model3安裝的電池已經(jīng)極大地降低了鈷的含量，與此同時(shí)提高了鎳的含量，從而達(dá)到了有史以來最高的能量密度，并且實(shí)現(xiàn)了超強(qiáng)的耐熱性。日前，特斯拉CEO馬斯克在社交媒介上表示，在特斯拉Model3的電池中，含鈷量已經(jīng)降到不到3%。他們將繼續(xù)改進(jìn)技術(shù)，爭取在下一代電池中完全拋棄鈷，改變帶血的電池的名聲。