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在钴进入科学家的视野之前,一个有趣的“误会”推进了科学家对钴的研究。据传,1733年夏天,德国萨克森州的某矿床开采中心,矿工们围在矿井口,迟迟不愿下井。
困扰他们的正式矿井下一种幽蓝发亮的石头。据说,这种石头里住着妖魔,一旦与之接触便会染上疾病。因此,这些矿工迟迟不肯下井采矿。无奈之下,矿主只好暂停生产,并找了几块矿石寄给当时德国矿物学家兼医生阿格里科拉。
这个含钴的蓝色矿石辉钴矿CoAsS也第一次被记载在文献当中,被称为kobalt,德文愿意为妖魔。
之所以获得如此称谓,除了盛传的“妖魔说”之外,还在于阿格里科拉也无法破解钴的奥秘。20年后,瑞典化学家格·布朗特再次开始了对这种钴矿的研究。
他发现,把矿石加热到500℃时,矿石中分离出一种具有光泽的灰色物质。这种物质常温下不与水反应,在潮湿的空气也不会氧化。它很硬但很脆,加热到约1200℃时,原有的磁性奇迹般消失了。
在当时的科学认知之下,任何金属遇水都会氧化,因而格·布朗特认为这种灰色物质极有可能是一种新的化学元素。
他将“Kobald”转化为“Cobalt”,意为“坏精灵”,元素符号为“Co”。又经过一代科学家的探索,终于得到了纯钴,并确定了钴是一种金属元素的事实。
至此,也终于化解了47年前矿工们的恐惧。钴被确定为对人体没有显著伤害,而是含钴30%左右的辉钴矿加热后生成的硫或砷的化合物都有剧毒。
若干年后,接着西学东渐之风,西方科学开始逐渐渗透到中国,西方对钴的研究也借此传到中国。清朝末年的科学家将“Co”译为“钴”,沿用至今。
现代工业的飞速发展,让钴的“才能”得到了最大限度的发挥。除了继续在颜料上的应用外,钴的物理、化学性质决定了它是生产耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料。
此外,钴还被广泛应用于电池行业。1980年,电池之父首次将钴应用在了电池领域,该电池被称之为钴酸锂电池。该电池有效解决此前电池的安全问题,被广泛应用在手机、电脑、充电宝甚至电动汽车上。
自智能手机之后,新能源汽车在全球范围内的崛起,掀起了钴的全球争夺战。电动车对于含钴电池日益增长的需求与不断消耗的少有存量,碰撞出不少有关于钴的精彩故事。
“去钴”运动
在故事开讲之前,有两个必须要交代的背景。其一,钴虽然被在各个领域被广泛应用,但却是存量极少的稀有金属。
一亿年前一颗含钴的小行星撞击地球,在非洲地表上砸出一个盆地,形成了现在的刚果盆地。这颗行星的到来,让一亿年后的刚果金成为全球钴资源的争夺火力点。
目前全球钴的总含量约700万吨,其中二分之一的钴都存在于刚果金境内。几乎可以如此论断:谁掌握了刚果金钴矿的开采权,谁便扼住了当前电池技术的咽喉。
另外一个背景是,在世界范围内节能减排共识的达成,让电动化浪潮成为汽车行业的新风潮。而电动汽车的核心又聚焦在电池之上,钴则是动力电池的重要成分,且价格极为昂贵,约占整个动力电池成本的10%。
基于钴矿的奇缺与价格的昂贵,再加上钴在刚果金开采的过程中往往会侵犯人权,目前动力电池领域“去钴化”成为行业研发的方向。
2020年开年不久,特斯拉便宣布将采用宁德时代的“无钴”电池。这是特斯拉多年来“蓄谋已久”的一次合作。马斯克早就宣称,他们将在下一代电池中完全抛弃钴,改变“带血的电池”这一名声。
如今,供应特斯拉Model 3的电池钴含量已经下降至不到3%;松下也宣布了将研发无钴车用级电池,并将三元锂电池正极材料中的钴含量减少到10%;IBM甚至提出,它已经提出了一种新的电池技术,该技术使用从海水中提取的材料并且不需要钴。
中国电池厂商比亚迪也宣布了将三元电池镍钴锰的比例调整至8:1:1,宝马有望在2021年采用该配方比例的电池。此前 ,主流三元电池镍钴锰的配比是5:2:3,而后逐渐提高镍的比例、减少钴的用量,比例达到6:2:2或8:1:1。
有预计显示,未来低钴电池将占据电动汽车电池总量的7%,到2030年这一比例将增长至57%。
即便在各大车企和电池厂商、科技公司的围剿之下,去钴化运动依然进展缓慢,原因在哪里?
在于目前技术之下,钴在动力电池中的不可替代性。一个有意思的现象是,松下虽然喊出了去钴化的口号,但却订购了3倍于此前钴的用量。这从侧面体现了钴的不可替代性,有人甚至将其称之为“新时代的石油”。
钴是动力电池的稳定元素,钴减少后,电池的生命周期也会缩短,安全性也随之降低。这是目前811电池虽然有高续航而被诟病安全性差的原因所在。
那么问题来了,宁德时代提供给特斯拉的“无钴”电池,是如何做到的呢?真相只有一个,宁德时代提供给特斯拉的“无钴”电池,并非三元锂电池系列,而是其主要的竞争对手磷酸铁锂电池。
那么,新型的无钴电池究竟什么时候到来呢?从工程的角度来看,解决无钴化电池的安全问题和生命周期问题是非常具有挑战性的。基准矿物情报公司分析师罗尔斯称,当前的NCA(镍、钴、铝)技术还将在未来10年内主导产业。
从技术角度讲,在镍钴锰的比例为8:1:1时,电池300瓦时/公斤的能量密度已经达到‘天花板’,这个‘天花板’可能未来十年都无法突破。杉杉股份有限公司副总裁孙晓东曾表示。
目前动力电池行业还对钴保持着巨大的需求。根据SMM全球钴供需平衡表,2019年全球钴供应16.34万吨,2020年受估计低迷影响,供应约为16.33万吨,需求15.51万吨,供过于求0.82万吨。
因此,这波再度掀起于2020年年初的“去钴化”浪潮,在没有实质性技术革新的情况下,或许只是一次喊出技术趋势的口号,更像是主导轻钴而重磷酸铁锂的一次资本化运作。
目前来看,钴的价值不可被低估,而这一优势能保持多久,尚无法做出论断。在历史长河中被人类运用了2000年的钴,未来又将如何漂泊?
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