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動力電池“去鈷”戰
時間:2020-05-17 15:31來源:中國電池聯盟 作者:子蕊
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近日，寧德時代舉行2019年業績說明會，寧德時代董事長曾毓群表示：“公司有自己的‘無鈷’電池技術儲備，目前研發進展順利，正在想辦法搞好供應鏈，因為是一個全新的、顛覆性的產品。”一時間，電池無鈷化成為業界的焦點話題……
“無鈷”是方向
鈷，元素符號Co，在周期表中位于第4周期、第Ⅷ族，是制造三元鋰電池重要的原材料。目前消費電子、新能源汽車、電動物流車等領域的鋰電池主要采用了鈷酸鋰、三元、高鎳等含鈷正極材料。
含鈷正極材料的金屬元素價格中，鈷是鎳的2-6倍，是錳的20-60倍。作為動力電池最昂貴的材料，鈷價格波動極大程度上影響著三元材料價格，鈷的緊缺將會對電動汽車成本產生巨大影響。各國也都希望搶占先機，掌握鈷的開采和銷售網絡。
數據顯示，剛果（金）生產的3萬噸至4萬噸鈷大部分來自自由身礦工，以及洛陽鉬業、浙江華友鈷業等中資企業，中國已主宰剛果（金）鈷礦出口網絡。雖然鈷元素的使用存在價格高、資源少、受牽制等風險，但種種數據表明，無鈷電池可以應用于電動汽車。
電動汽車動力電池主要包括NMC/NCA三元電池、磷酸鐵鋰電池等技術路線。目前，電動乘用車市場上以三元電池為主，鈷對于三元電池的循環穩定性起到了至關重要的作用。
鈷元素在三元材料中起到增強導電性，提高充放電可逆性等作用。去除鈷元素后，材料的導電性會急劇下降。但是，理論研究和實驗結果表明，通過結構調整和工藝優化，無鈷材料的離子電導率可達到LFP水平，循環壽命也能夠大大改善。
來自蜂巢能源的同型號軟包測評數據對比顯示，在常規含鈷正極基礎上去除鈷元素后，離子電導率雖然有所降低，但通過無鈷材料本身、電化學體系和電池包的合理設計，應用于電動汽車電池是可行的。此外，無鈷材料常溫循環優于NCM811材料，高溫循環穩定性與NCM811接近。
電池巨頭的無鈷布局
電池成本占電動汽車總成本40%以上，新能源汽車產業想要迅速發展，迫切需要降低動力電池等核心部件的成本，特別是要大力發展和推廣降低成本的正極材料。三元鋰電池降低鈷比例和含量后，不僅整車的成本會相應降低，還會削弱鈷價波動對企業帶來的影響。
隨著2019年新能源補貼政策的退坡，各新能源車企逐漸轉變經營方向，為降低成本，采用了更廉價的磷酸鐵鋰電池替代高能量密度的電池。
目前，市場上無鈷電池方案主要有兩個方向：一是傳統磷酸鐵鋰電池路徑，通過提升單個電芯能量密度以及CTP、刀片電池等技術，做到降本增效；二是開發新型無鈷材料電池。除寧德時代外，特斯拉、蜂巢能源、IBM、格林美等企業也有“無鈷”計劃。
去年12月，IBM表示，其電池研究實驗室提出了一種新方法，能夠利用從海水中提取的材料，制造一種不含重金屬的新型電池，有望取代鋰離子電池。新電池采用三種新的專利材料，包括不含鈷和鎳的正極材料和高閃點液體電解質等。在充電過程中，通過獨特的組合，抑制鋰金屬枝晶形成，降低電池可燃性。
今年2月18日，特斯拉透露上海超級工廠的電動汽車中將使用“無鈷”電池。市場認為，特斯拉所指的無鈷電池為在中國市場已經應用多年的磷酸鐵鋰電池。不過2月21日晚，特斯拉回復一位用戶時表示：“請留意四月特斯拉的電池發布會，無鈷，不代表一定是磷酸鐵鋰。”但隨后特斯拉刪除了該回復。
受新冠疫情影響，特斯拉原計劃四月份舉行的“電池日”推遲到5月第3周。據推測，特斯拉披露的主要內容可能為展示其內部Roadrunner項目成果，包括Jeff Dahn研究成果、Maxwell技術應用、低于100美元/kwh的電池成本目標等。
有消息人士透露，寧德時代計劃明年在中國向特斯拉供應一種改良的長壽命鎳錳鈷（NMC）電池，其陰極為鎳含量為50％而鈷含量僅為20％。
2019年，長城汽車旗下子公司蜂巢能源發布了無鈷材料和四元材料電池。據介紹，無鈷材料性能可以達到NCM811電池同等水平，但電池材料成本會下降5%至15%，整體綜合成本可以降低5%，而且原材料的供應更加穩定。
當前，蜂巢能源科技有限公司自主研發的無鈷材料已完成百公斤級試產，采用該無鈷材料的電芯產品同步開發中，能量密度達到240~245Wh/kg。
5月18日，蜂巢能源將舉辦名為《無鈷，芯未來》的線上發布會，相信屆時會有更多有關無鈷電池的最新和重磅信息公布，讓我們共同期待。
格林美近日在回答投資者提問時也表示，目前公司已擁有無鈷前驅體的技術儲備，并開發出低鈷（鈷含量低于百分之一）和無鈷的前驅體材料。
面對日益增加的成本，全球電池供應商都在減少鈷在三元電池中的含量，如更改電池正極材料配方比例，將三元電池中鎳鈷錳或鎳鈷鋁配比從6:2:2改為8:1:1等。對此，有分析人士也指出，鈷元素在三元材料體系中具有穩定層狀結構和提升循環性能的作用，目前技術尚未成熟，短期內還無法替代。但是，無鈷電池作為基于三元（正極）材料的不含鈷元素電池，一定會是下一代電池技術的方向。
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