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無(wú)鈷動(dòng)力電池的最新進(jìn)展分析

2020-05-21 11:21:17

電池是電動(dòng)汽車的核心，電池在很大程度上決定了電動(dòng)汽車的成本能否下降、續(xù)航里程能否增加、安全性能否提升。

目前，隨著三元鋰電池在乘用車的規(guī)模應(yīng)用，金屬鈷作為三元電池一項(xiàng)關(guān)鍵原材料，因全球礦藏儲(chǔ)量有限且集中，“無(wú)鈷”電池成為一個(gè)重要的研究目標(biāo)。

一、鈷元素短缺，價(jià)格大幅波動(dòng)，影響鋰離子電池成本控制

鋰離子電池正極材料四種主要元素為鎳、鈷、錳和鋰，這其中錳元素儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，對(duì)正極材料成本的影響幾乎為零，鎳元素價(jià)格稍高，但是鋰離子電池并不是鎳的主要用戶，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，鋰離子電池正極材料生產(chǎn)消耗的鎳僅占全球Ni消費(fèi)的3%，因此鋰離子電池行業(yè)不會(huì)對(duì)全球鎳供應(yīng)鏈產(chǎn)生大的影響。碳酸鋰價(jià)格雖然一度因?yàn)榍捌谫Y本炒作出現(xiàn)大漲，但實(shí)際上鋰資源在全球儲(chǔ)量十分豐富，據(jù)估計(jì)目前仍有60%的鋰資源尚未得到勘探和開(kāi)發(fā)，隨著各大公司產(chǎn)能增加和大型鋰礦的逐漸發(fā)現(xiàn)，鋰已經(jīng)出現(xiàn)了供應(yīng)過(guò)剩的苗頭。而鈷才是真正的小眾元素，據(jù)估計(jì)全球的鈷儲(chǔ)量?jī)H為700萬(wàn)噸，且分布集中，剛果(金)、澳大利亞和古巴三國(guó)儲(chǔ)量占據(jù)了全球儲(chǔ)量的70%，這也就導(dǎo)致了鈷資源非常容易被控制和壟斷，因此鈷價(jià)在2017年突破40萬(wàn)元/噸，極大的增加了鋰離子電池成本。

隨著新能源汽車的爆發(fā)，鈷價(jià)曾在一年中爆炒漲幅超過(guò)125%，且價(jià)格多次出現(xiàn)沉浮波動(dòng)，因此鈷成為影響動(dòng)力電池成本穩(wěn)定性的重要因素之一。

圖近一年來(lái)鈷價(jià)大幅波動(dòng)

正是在這樣的一個(gè)背景下包括特斯拉在內(nèi)的眾多電動(dòng)汽車企業(yè)和動(dòng)力電池、上游原材料企業(yè)都急切的希望在動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)去鈷化，以擺脫對(duì)鈷資源的依賴，有效的降低動(dòng)力電池成本。

二、多家企業(yè)布局“無(wú)鈷”電池

目前無(wú)鈷電池的方案可能性有兩種：一是磷酸鐵鋰電池；二是新型無(wú)鈷材料電池。

1。比亞迪——無(wú)鈷“刀片電池”

2020年1月11日，比亞迪董事長(zhǎng)兼總裁王傳福首次公開(kāi)證實(shí)，比亞迪正在開(kāi)發(fā)無(wú)鈷電池——“刀片電池”將于2020年首次量產(chǎn)。比亞迪推出的“刀片電池”就屬于磷酸鐵鋰電池。

2。蜂巢科技——薄片式無(wú)鈷電池

2020年5月18日，蜂巢能源發(fā)布的兩款無(wú)鈷電池便屬于新型無(wú)鈷材料電池。

第一款產(chǎn)品是115Ah，能量密度達(dá)到245wh/kg；匹配590標(biāo)準(zhǔn)模組，能夠搭載到目前大部分新的純電平臺(tái)上，這款產(chǎn)品的電池包在整車端，能夠?qū)崿F(xiàn)15年120萬(wàn)公里的質(zhì)保；這款產(chǎn)品將在2021年6月份推向市場(chǎng)。

第二款產(chǎn)品是L6薄片無(wú)鈷長(zhǎng)電芯，容量226Ah， 正在與長(zhǎng)城的一款高端車型做適配開(kāi)發(fā)，搭載先進(jìn)的矩陣式PACK設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)880公里的續(xù)航。這款產(chǎn)品預(yù)計(jì)在2021年下半年推向市場(chǎng)。

蜂巢能源的電池技術(shù)路線圖

從圖中可以看到，目前無(wú)鈷電池的能量密度還是會(huì)比三元鋰電池低一些，但是在2022年會(huì)實(shí)現(xiàn)反超。

3。寧德時(shí)代——CTP電池

2020年年初，有報(bào)道稱特斯拉將從寧德時(shí)代采購(gòu)“無(wú)鈷電池”，將用于國(guó)產(chǎn)特斯拉Model3和國(guó)產(chǎn)特斯拉Model Y。而這種“無(wú)鈷電池”也是磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰電池優(yōu)勢(shì)在于安全性和抗衰減能力強(qiáng)，劣勢(shì)是單位能量密度低。為解決這一不足，寧德時(shí)代的TCP電池和比亞迪的“刀片”電池都采用了類似的技術(shù)途徑，即通過(guò)升級(jí)工藝，減少電池包零件數(shù)量并增加電芯總量，在電池包總質(zhì)量不變的前提下，提升電池包的能量密度。

4。國(guó)外企業(yè)在“無(wú)鈷電池”領(lǐng)域加強(qiáng)滲透

雖然目前的無(wú)鈷研發(fā)方向有眾多不確定性，但在降本的大背景下，少鈷乃至無(wú)鈷已經(jīng)是國(guó)內(nèi)外不少電池企業(yè)都在進(jìn)行的一個(gè)研發(fā)方向。

2018年，松下汽車電池業(yè)務(wù)高管田村健二曾表示，“我們已經(jīng)在縮減鈷在電池制造中的使用；不久的將來(lái)，我們將把鈷的使用降低到零?！?

2019年12月，IBM表示其電池研究實(shí)驗(yàn)室可能找到了新方法，能夠利用從海水中提取的材料，制造一種不含鈷、鎳和其它重金屬的電池。這種電池不僅擁有高功率密度、高能量密度和出色的能源效率，還具備低易燃性的電解質(zhì)。為了加速這項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)化，IBM目前已與梅賽德斯·奔馳的電池電解質(zhì)供應(yīng)商Central Glass和電池制造商Sidus達(dá)成合作。

三、鋰電池的發(fā)展方向——從高鎳低鈷到無(wú)鈷

無(wú)論是以“去鈷”為目標(biāo)的“高鎳低鈷”三元鋰電池，還是技術(shù)升級(jí)的磷酸鐵鋰電池，都給動(dòng)力電池技術(shù)路線的發(fā)展帶來(lái)了希望。隨著用戶對(duì)續(xù)航里程要求的不斷提高，目前來(lái)看，三元鋰電池仍是提升能量密度最好的解決辦法，高鎳低鈷是鋰電池的必然發(fā)展趨勢(shì)，但短期內(nèi)“鈷”仍是動(dòng)力電池中無(wú)法替代的重要金屬材料。新的刀片電池，以及蜂巢能源即將發(fā)布的全新無(wú)鈷電池，或?qū)?lái)新的顛覆，但實(shí)現(xiàn)最終的市場(chǎng)化和商業(yè)化，最重要的仍是技術(shù)和成本問(wèn)題。（來(lái)源：中國(guó)汽車工業(yè)信息網(wǎng)劉倩）