动力锂电池“去钴”战

2020-06-09      1016 次浏览

近日,宁德时代举办2019年业绩说明会,宁德时代董事长曾毓群表示:“公司有自己的‘无钴’电池技术储备,目前研发进展顺利,正在想办法搞好供应链,因为是一个全新的、颠覆性的产品。”一时间,电池无钴化成为业界的焦点话题……


“无钴”是方向


钴,元素符号Co,在周期表中位于第4周期、第Ⅷ族,是制造三元锂离子电池重要的原材料。目前消费电子、新能源汽车、电动物流车等领域的锂离子电池重要采用了钴酸锂、三元、高镍等含钴正极材料。


含钴正极材料的金属元素价格中,钴是镍的2-6倍,是锰的20-60倍。作为动力锂离子电池最昂贵的材料,钴价格波动极大程度上影响着三元材料价格,钴的紧缺将会对电动汽车成本出现巨大影响。各国也都希望抢占先机,掌握钴的开采和销售网络。


数据显示,刚果(金)生产的3万吨至4万吨钴大部分来自自由身矿工,以及洛阳钼业、浙江华友钴业等中资公司,我国已主宰刚果(金)钴矿出口网络。虽然钴元素的使用存在价格高、资源少、受牵制等风险,但种种数据表明,无钴电池可以应用于电动汽车。


电动汽车动力锂离子电池重要包括NMC/NCA三元电池、磷酸铁锂离子电池等技术路线。目前,电动乘用车市场上以三元电池为主,钴有关三元电池的循环稳定性起到了至关重要的用途。


钴元素在三元材料中起到增强导电性,提高充放电可逆性等用途。去除钴元素后,材料的导电性会急剧下降。但是,理论研究和实验结果表明,通过结构调整和工艺优化,无钴材料的离子电导率可达到LFP水平,循环寿命也能够大大改善。


来自蜂巢能源的同型号软包测评数据比较显示,在常规含钴正极基础上去除钴元素后,离子电导率虽然有所降低,但通过无钴材料本身、电化学体系和电池包的合理设计,应用于电动汽车电池是可行的。此外,无钴材料常温循环优于NCM811材料,高温循环稳定性与NCM811接近。


电池巨头的无钴布局


电池成本占电动汽车总成本40%以上,新能源汽车产业想要迅速发展,迫切要降低动力锂离子电池等核心部件的成本,特别是要大力发展和推广降低成本的正极材料。三元锂离子电池降低钴比例和含量后,不仅整车的成本会相应降低,还会削弱钴价波动对公司带来的影响。


随着2019年新能源补贴政策的退坡,各新能源车企逐渐转变经营方向,为降低成本,采用了更廉价的磷酸铁锂离子电池替代高能量密度的电池。


目前,市场上无钴电池方法重要有两个方向:一是传统磷酸铁锂离子电池路径,通过提升单个电芯能量密度以及CTP、刀片电池等技术,做到降本增效;二是开发新型无钴材料电池。除宁德时代外,特斯拉、蜂巢能源、IBM、格林美等公司也有“无钴”计划。


去年十二月,IBM表示,其电池研究实验室提出了一种新方法,能够利用从海水中提取的材料,制造一种不含重金属的新型电池,有望取代锂离子电池。新电池采用三种新的专利材料,包括不含钴和镍的正极材料和高闪点液体电解质等。在充电过程中,通过独特的组合,抑制锂金属枝晶形成,降低电池可燃性。


今年二月十八日,特斯拉透露上海超级厂的电动汽车中将使用“无钴”电池。市场认为,特斯拉所指的无钴电池为在我国市场已经应用多年的磷酸铁锂离子电池。不过二月二十一日晚,特斯拉回复一位用户时表示:“请留意四月特斯拉的电池公布会,无钴,不代表一定是磷酸铁锂。”但随后特斯拉删除了该回复。


受新冠疫情影响,特斯拉原计划四月份举办的“电池日”推迟到五月第3周。据推测,特斯拉披露的重要内容可能为展示其内部Roadrunner项目成果,包括JeffDahn研究成果、Maxwell技术应用、低于100美元/kwh的电池成本目标等。


有消息人士透露,宁德时代计划明年在我国向特斯拉供应一种改良的长寿命镍锰钴(NMC)电池,其阴极为镍含量为50%而钴含量仅为20%。


2019年,长城汽车旗下子公司蜂巢能源公布了无钴材料和四元材料电池。据介绍,无钴材料性能可以达到NCM811电池同等水平,但电池材料成本会下降5%至15%,整体综合成本可以降低5%,而且原材料的供应更加稳定。


当前,蜂巢能源科技有限公司自主研发的无钴材料已完成百公斤级试产,采用该无钴材料的电芯产品同步开发中,能量密度达到240~245Wh/kg。


五月十八日,蜂巢能源将举办名为《无钴,芯未来》的线上公布会,相信届时会有更多有关无钴电池的最新和重磅信息公布,让我们共同期待。


格林美近日在回答投资者提问时也表示,目前公司已拥有无钴前驱体的技术储备,并开发出低钴(钴含量低于百分之一)和无钴的前驱体材料。


面对日益新增的成本,全球电池供应商都在减少钴在三元电池中的含量,如更改电池正极材料配方比例,将三元电池中镍钴锰或镍钴铝配比从6:2:2改为8:1:1等。对此,有分析人士也指出,钴元素在三元材料体系中具有稳定层状结构和提升循环性能的用途,目前技术尚未成熟,短时间内还无法替代。但是,无钴电池作为基于三元(正极)材料的不含钴元素电池,一定会是下一代电池技术的方向。


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