編者按:2019年新能源汽車補(bǔ)貼政策大幅退坡,讓車企和動(dòng)力電池企業(yè)皆受到?jīng)_擊,主機(jī)廠紛紛進(jìn)一步壓縮動(dòng)力電池成本,這對動(dòng)力電池供應(yīng)商提出更高的要求。
近年來,作為電動(dòng)車鋰離子電池的關(guān)鍵原料,鈷材料由于資源稀缺性,加上不少寡頭礦產(chǎn)公司正在大量囤積鈷,價(jià)格不斷上漲。根據(jù)生意社數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示,2016年年底至2018年4月間,鈷價(jià)曾從20萬元/噸一路飆升至逾66萬元/噸最高點(diǎn)。隨后,由于電池廠商降低鈷的用量、無鈷電池技術(shù)路線的提出以及鈷產(chǎn)量的上漲,鈷價(jià)有所回調(diào)。但從長期來看,根據(jù)國際能源署(IEA)預(yù)估,到2020年全球電動(dòng)汽車數(shù)量將由2017年的370萬輛增長至1300萬輛,市場對于鈷、鋰、銅等金屬的需求可能會(huì)增長十倍,剛果(金)新礦業(yè)法也可能導(dǎo)致鈷生產(chǎn)成本和售價(jià)的增加。從能源戰(zhàn)略方面來考慮,鈷資源的稀缺性迫使企業(yè)降低鈷的用量。
隨著新能源汽車的普及,汽車廠商和電池廠對電池去鈷化的呼聲也越來越強(qiáng)。目前,一些企業(yè)在不斷降低鈷在三元鋰電池材料配方中的比例,甚至已開始研發(fā)無鈷電池。
為了減輕對鈷材料的依賴,三星SDI已對鋰離電子電池配方進(jìn)行了微調(diào),目前正在改良技術(shù)試圖將鈷完全剔除,去年松下也已宣布將研發(fā)無鈷電池,其預(yù)計(jì),該技術(shù)將在未來2~3年內(nèi)在量產(chǎn)車中應(yīng)用。大眾汽車集團(tuán)正在系統(tǒng)地減少電池的鈷含量,計(jì)劃在將來三到五年內(nèi)將其減少至5%,并致力于最終實(shí)現(xiàn)電池?zé)o鈷化。最近,國內(nèi)蜂巢能源科技有限公司(下稱“蜂巢能源”)也面向全球首發(fā)了無鈷材料和四元材料的電芯產(chǎn)品。蜂巢能源方面稱,無鈷電池已具備量產(chǎn)條件,計(jì)劃將在2020年第三季度實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),其性能可以達(dá)到NCM811同等水平,電芯BOM成本可以降低約5%。
不過,從目前整個(gè)行業(yè)的情況來看,無鈷電池仍處于研發(fā)階段,為了降低鈷含量,國內(nèi)電池企業(yè)大多選擇的是高鎳811的技術(shù)路線。包括比克電池、國軒高科、寧德時(shí)代、比亞迪等企業(yè),均在高鎳811電池領(lǐng)域展開積極的布局。通過提升鎳的比重,不僅能提升電池能量密度,也降低了鈷的含量,從而降低了電池成本,但這種路線仍然難以擺脫對鈷的依賴。
而無鈷電池的實(shí)現(xiàn)可以通過創(chuàng)新研發(fā)使鈷在三元鋰電池材料配方中的比例降至為零。此外,通過研發(fā)富鋰錳基材料也可以實(shí)現(xiàn),富鋰錳基材料具備工作電壓高和克容量高特點(diǎn),且成本比三元材料低。目前,富鋰錳基材料的用鈷量在持續(xù)降低,最終可以實(shí)現(xiàn)低鈷或無鈷。遨優(yōu)動(dòng)力總經(jīng)理陳光森認(rèn)為,隨著未來高電壓電解液技術(shù)的成熟,富鋰錳基動(dòng)力電池將成為未來高比能鋰動(dòng)力電池的主流產(chǎn)品。
“富鋰錳基這種材料成本極低,但是循環(huán)壽命是一大問題,而且富鋰錳基的正極容量較高,沒有很好的負(fù)極材料可以匹配,所以這種材料是全固態(tài)電池的理想材料,因?yàn)楣虘B(tài)電池可以用金屬負(fù)級(jí),配合在一起可以發(fā)揮最佳的性能。但是如果把富鋰錳基和普通的石墨配到一起,電池容量密度仍然上不去,因?yàn)闀?huì)受負(fù)極制約,仍然有很多的技術(shù)問題要解決。”蜂巢能源總經(jīng)理?xiàng)罴t新對記者表示。
不過,通過三元鋰電池材料衍生出來的無鈷電池,其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)在一定程度上受到影響。作為鋰電池的重要原料之一,鈷能夠明顯提升鋰電池的能量密集度。為了替代鈷,電池廠商往往會(huì)增加鎳的使用量來提升電池的能量密度。但鎳的使用量增加之后,會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低,進(jìn)而影響到電池循環(huán)壽命和安全性。此外,有行業(yè)觀點(diǎn)認(rèn)為,當(dāng)鈷含量減少后,鎳含量就會(huì)相對上升。電池不能有效地冷卻,更易過熱,從而導(dǎo)致自燃。雖然這種風(fēng)險(xiǎn)相對較低,但一旦發(fā)生就會(huì)引起重大安全問題。此外,低鈷配方需要在特殊的干燥環(huán)境中生產(chǎn),這也需要額外成本。
在楊紅新看來,取消掉鈷元素所產(chǎn)生的不是安全問題,而是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)壽命問題。“因?yàn)殁捠腔瘜W(xué)鍵上穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的,取消鈷后結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化。但是可以通過攙雜其它元素來實(shí)現(xiàn)化學(xué)鍵的穩(wěn)定,比如說鈦等其他元素。通過實(shí)際的測試來看,無鈷電池的BSC、熱失控的數(shù)值是好于811的,循環(huán)壽命也與811處于同一水平。”
楊紅新還談到,引起電動(dòng)車自燃的原因較為復(fù)雜:一是制造缺陷,電池內(nèi)部夾有異物,頻繁使用后刺穿隔膜會(huì)造成的短路、著火;二是負(fù)級(jí)離子不斷嵌入、慢慢漲出,突然刺穿也會(huì)著火。第一類問題可以通過高度自動(dòng)化的工廠、控制以及全面在線監(jiān)測等手段來降低不良率。但第二類問題通過技術(shù)手段很難預(yù)測,目前仍很難解決。如果這個(gè)問題解決了,可以解決很多不明原因的自燃。
“從當(dāng)前來看,高鎳低鈷仍然是主要發(fā)展方向,短期內(nèi)無鈷電池仍難成為主流。無鈷電池的研發(fā)要以保證安全和質(zhì)量為前提,配方比例的改變會(huì)帶來一定的挑戰(zhàn)。”電池領(lǐng)域?qū)<也車鴳c對記者表示。
原標(biāo)題: 鈷材料價(jià)格一度瘋長 動(dòng)力電池企業(yè)試圖找到無鈷路徑近年來,作為電動(dòng)車鋰離子電池的關(guān)鍵原料,鈷材料由于資源稀缺性,加上不少寡頭礦產(chǎn)公司正在大量囤積鈷,價(jià)格不斷上漲。根據(jù)生意社數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示,2016年年底至2018年4月間,鈷價(jià)曾從20萬元/噸一路飆升至逾66萬元/噸最高點(diǎn)。隨后,由于電池廠商降低鈷的用量、無鈷電池技術(shù)路線的提出以及鈷產(chǎn)量的上漲,鈷價(jià)有所回調(diào)。但從長期來看,根據(jù)國際能源署(IEA)預(yù)估,到2020年全球電動(dòng)汽車數(shù)量將由2017年的370萬輛增長至1300萬輛,市場對于鈷、鋰、銅等金屬的需求可能會(huì)增長十倍,剛果(金)新礦業(yè)法也可能導(dǎo)致鈷生產(chǎn)成本和售價(jià)的增加。從能源戰(zhàn)略方面來考慮,鈷資源的稀缺性迫使企業(yè)降低鈷的用量。
隨著新能源汽車的普及,汽車廠商和電池廠對電池去鈷化的呼聲也越來越強(qiáng)。目前,一些企業(yè)在不斷降低鈷在三元鋰電池材料配方中的比例,甚至已開始研發(fā)無鈷電池。
為了減輕對鈷材料的依賴,三星SDI已對鋰離電子電池配方進(jìn)行了微調(diào),目前正在改良技術(shù)試圖將鈷完全剔除,去年松下也已宣布將研發(fā)無鈷電池,其預(yù)計(jì),該技術(shù)將在未來2~3年內(nèi)在量產(chǎn)車中應(yīng)用。大眾汽車集團(tuán)正在系統(tǒng)地減少電池的鈷含量,計(jì)劃在將來三到五年內(nèi)將其減少至5%,并致力于最終實(shí)現(xiàn)電池?zé)o鈷化。最近,國內(nèi)蜂巢能源科技有限公司(下稱“蜂巢能源”)也面向全球首發(fā)了無鈷材料和四元材料的電芯產(chǎn)品。蜂巢能源方面稱,無鈷電池已具備量產(chǎn)條件,計(jì)劃將在2020年第三季度實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),其性能可以達(dá)到NCM811同等水平,電芯BOM成本可以降低約5%。
不過,從目前整個(gè)行業(yè)的情況來看,無鈷電池仍處于研發(fā)階段,為了降低鈷含量,國內(nèi)電池企業(yè)大多選擇的是高鎳811的技術(shù)路線。包括比克電池、國軒高科、寧德時(shí)代、比亞迪等企業(yè),均在高鎳811電池領(lǐng)域展開積極的布局。通過提升鎳的比重,不僅能提升電池能量密度,也降低了鈷的含量,從而降低了電池成本,但這種路線仍然難以擺脫對鈷的依賴。
而無鈷電池的實(shí)現(xiàn)可以通過創(chuàng)新研發(fā)使鈷在三元鋰電池材料配方中的比例降至為零。此外,通過研發(fā)富鋰錳基材料也可以實(shí)現(xiàn),富鋰錳基材料具備工作電壓高和克容量高特點(diǎn),且成本比三元材料低。目前,富鋰錳基材料的用鈷量在持續(xù)降低,最終可以實(shí)現(xiàn)低鈷或無鈷。遨優(yōu)動(dòng)力總經(jīng)理陳光森認(rèn)為,隨著未來高電壓電解液技術(shù)的成熟,富鋰錳基動(dòng)力電池將成為未來高比能鋰動(dòng)力電池的主流產(chǎn)品。
“富鋰錳基這種材料成本極低,但是循環(huán)壽命是一大問題,而且富鋰錳基的正極容量較高,沒有很好的負(fù)極材料可以匹配,所以這種材料是全固態(tài)電池的理想材料,因?yàn)楣虘B(tài)電池可以用金屬負(fù)級(jí),配合在一起可以發(fā)揮最佳的性能。但是如果把富鋰錳基和普通的石墨配到一起,電池容量密度仍然上不去,因?yàn)闀?huì)受負(fù)極制約,仍然有很多的技術(shù)問題要解決。”蜂巢能源總經(jīng)理?xiàng)罴t新對記者表示。
不過,通過三元鋰電池材料衍生出來的無鈷電池,其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)在一定程度上受到影響。作為鋰電池的重要原料之一,鈷能夠明顯提升鋰電池的能量密集度。為了替代鈷,電池廠商往往會(huì)增加鎳的使用量來提升電池的能量密度。但鎳的使用量增加之后,會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低,進(jìn)而影響到電池循環(huán)壽命和安全性。此外,有行業(yè)觀點(diǎn)認(rèn)為,當(dāng)鈷含量減少后,鎳含量就會(huì)相對上升。電池不能有效地冷卻,更易過熱,從而導(dǎo)致自燃。雖然這種風(fēng)險(xiǎn)相對較低,但一旦發(fā)生就會(huì)引起重大安全問題。此外,低鈷配方需要在特殊的干燥環(huán)境中生產(chǎn),這也需要額外成本。
在楊紅新看來,取消掉鈷元素所產(chǎn)生的不是安全問題,而是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)壽命問題。“因?yàn)殁捠腔瘜W(xué)鍵上穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的,取消鈷后結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化。但是可以通過攙雜其它元素來實(shí)現(xiàn)化學(xué)鍵的穩(wěn)定,比如說鈦等其他元素。通過實(shí)際的測試來看,無鈷電池的BSC、熱失控的數(shù)值是好于811的,循環(huán)壽命也與811處于同一水平。”
楊紅新還談到,引起電動(dòng)車自燃的原因較為復(fù)雜:一是制造缺陷,電池內(nèi)部夾有異物,頻繁使用后刺穿隔膜會(huì)造成的短路、著火;二是負(fù)級(jí)離子不斷嵌入、慢慢漲出,突然刺穿也會(huì)著火。第一類問題可以通過高度自動(dòng)化的工廠、控制以及全面在線監(jiān)測等手段來降低不良率。但第二類問題通過技術(shù)手段很難預(yù)測,目前仍很難解決。如果這個(gè)問題解決了,可以解決很多不明原因的自燃。
“從當(dāng)前來看,高鎳低鈷仍然是主要發(fā)展方向,短期內(nèi)無鈷電池仍難成為主流。無鈷電池的研發(fā)要以保證安全和質(zhì)量為前提,配方比例的改變會(huì)帶來一定的挑戰(zhàn)。”電池領(lǐng)域?qū)<也車鴳c對記者表示。