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动力电池“去钴”战

作者:子蕊 来源:电池联盟 发布时间:2020-05-17 浏览:
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近日,宁德时代举行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电池主要采用了钴酸锂、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产生巨大影响。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企业,中国已主宰刚果(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。

电动汽车动力电池主要包括NMC/NCA三元电池、磷酸铁锂电池等技术路线。目前,电动乘用车市场上以三元电池为主,钴对于三元电池的循环稳定性起到了至关重要的作用。

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作用。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对比显示,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,迫切需要降低动力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企业带来的影响。

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电池替代高能量密度的电池。

目前,市场上无钴电池方案主要有两个方向:一是传统磷酸铁锂电池路径,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、格林美等企业也有“无钴”计划。

去年12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2月18日,特斯拉透露上海超级工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中国市场已经应用多年的磷酸铁锂电池。不过2月21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发布会,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行的“电池日”推迟到5月第3周。据推测,特斯拉披露的主要内容可能为展示其内部Roadrunner项目成果,包括Jeff Dahn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中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发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。

5月18日,蜂巢能源将举办名为《无钴,芯未来》的线上发布会,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。

面对日益增加的成本,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作用,目前技术尚未成熟,短期内还无法替代。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。

关键字:动力电池

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