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金属钴正在成为影响未来动力电池发展的关键原材料。随着新能源汽车补贴逐年退坡,企业在追求电池高能量密度以保证较高补贴的同时,还使出“浑身解数”降低电池生产成本,以保持在市场上的优势。其中,不断降低钴的用量成为不少企业的选择。
争相布局无钴电池
5月11日,宁德时代董事长曾毓群在公司2019年网上业绩说明会上公开表示:“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。这是一个全新的、颠覆性的产品。”
早在今年2月,路透社就曾报道,特斯拉与宁德时代商讨在中国工厂使用无钴的磷酸铁锂电池事宜。若顺利实施,该款磷酸铁锂电池将首次被用于特斯拉在中国生产Model 3车型。
会上,曾毓群也承认了这一事实。他说:“公司与特斯拉的技术团队很早就有沟通对接,供货时间大概在今年下半年。我们在磷酸铁锂电池和三元锂电池方面都有先进的产品,供货不限于磷酸铁锂电池或三元锂电池,具体供货产品取决于市场需求。”
钴是动力电池生产制造的关键原料,价格昂贵。目前钴价维持在25万元/吨左右,且呈上升趋势。为降低动力电池成本,研发无钴电池成为企业发展的重要推手。领先于宁德时代,已有企业推出了相关产品。
2019年7月,长城汽车旗下子公司蜂巢能源发布无钴材料的电芯产品。无钴材料性能可以达到三元锂电池811型同等水平,材料成本降低5%-15%,电芯成本可降低约5%。
同时,松下、LG、中航锂电等都将无钴电池技术作为研发方向之一。2019年底,IBM表示,旗下实验室研发的无钴电池获得突破性进展,已找到其他金属材料代替钴。为加速商业化,目前已与产业链上下游达成合作。
尚未实现规模化商业化
宁德时代并未透露公司无钴电池的具体技术路线。但在市场看来,不管是宁德时代,还是其他电池企业,要想实现无钴电池商业化、规模化生产和销售,还有很长一段路要走。
目前,已知可行的无钴电池技术方案包括:使用其他金属代替钴、精细调控高镍材料组分等。在电池高镍化趋势渐明的背景下,不断提升镍含量,同时降低钴含量成为多数电池企业的选择。
经过近几年的发展,三元锂电池中镍、钴、锰的比例已经从最开始的1:1:1,发展到3:3:3,再到5:2:3,直至目前的8:1:1。钴、锰用量一直在降低。811型电池钴含量大约在10%左右。甚至有产品的镍含量可以达到93%,钴含量在3%左右。
虽然此类电池具有更高的能量密度,更低的成本,以及更轻的重量,但是其稳定性和安全性也大打折扣。
据了解,钴有稳定材料结构的作用,是电池不可或缺的关键原料。钴的含量越高越能有效减少阳离子混排,降低材料阻抗值,提高材料电子电导率,改善倍率性能,降低电芯内阻。而目前无钴电池技术仍未完全成熟,一旦温度过高,容易引起燃烧。
业内人士称,截至目前,国内三元锂电池企业尚未实现无钴电池的规模化生产和销售。然而,有分析机构认为,现今高镍低钴电池可以说已经在客观上实现相对“无钴”。如此看来,现阶段,电池企业还无法完全抛弃这个奢侈的金属原材料。
平衡能量密度和安全性
对于动力电池而言,市场上的需求主要体现在高能量密度和安全性上,兼顾两者才是赢家。无钴的磷酸铁锂电池安全性更强但能量密度相对稍低,低钴的三元锂电池能量密度优势明显但稳定性稍差。
在所有技术路线中,业内认为能兼顾两者的,是被称之为下一代动力电池解决方案的固态电池。固态电池具有不可燃、不腐蚀、不挥发、不漏液等优势,安全性高。同时,固态电池使用金属锂做负极,匹配高电压正极材料,可进一步提升能量密度。全球范围内有超20家企业表示拟布局或已经涉及固态电池技术的开发。
值得注意的是,不只磷酸铁锂电池和三元锂电池可以选择无钴路线,无钴化也是固态电池的技术方向。2019年10月,雷诺汽车高级副总裁Gilles Normand公开表示,到2025年,公司旗下新能源汽车可能会使用钴含量为零的固态电池。但目前受技术及成本制约,无钴固态电池也还未跨过规模化生产的门槛。
此外,特斯拉无钴电池技术路线也让市场充满好奇。兴业证券预计,除了上述提及的与宁德时代合作开发的无钴磷酸铁锂电池外,还包括特斯拉子公司Maxwell自主研发的“新型高镍正极+预锂化负极+干电池技术+超级电容”无钴锂离子电池。
无钴电池技术商业化竞争的序幕已经拉开。
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“坚持问题导向,促进新能源汽车创新链和产业链融合发展,围绕电动汽车产业链最关键的动力电池,科技部前瞻部署全固态、金属锂电池技术等新体系动力电池研发,开展无钴动力电池、固液混合态锂离子电池开发。”9月4日,国家科学技术部高新技术司副司长续超前在第十七届中国汽车产业发展(泰达)国际论坛上表示。
2019年磷酸铁锂电池占整个电池装机量的比例不足5%,可到2021年7月,该比例已经提升到了30%。不仅是不同正极材料体系的变化,即便三元材料体系本身,也经历了从5系绝对地位到8系、5系、6系分立的转变。
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