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鋰電池制造商押寶無鈷技術

鉅大LARGE  |  點擊量:690次  |  2020年06月09日  

金屬鈷正在成為影響未來動力鋰離子電池發展的關鍵原材料。


隨著新能源汽車補貼逐年退坡,公司在追求電池高能量密度以保證較高補貼的同時,還使出“渾身解數”降低電池生產成本,以保持在市場上的優勢。其中,不斷降低鈷的用量成為不少公司的選擇。


(文丨本報實習記者董梓童)


爭相布局無鈷電池


五月十一日,寧德時代董事長曾毓群在公司2019年網上業績說明會上公開表示:“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。這是一個全新的、顛覆性的產品。”


早在今年二月,路透社就曾報道,特斯拉與寧德時代商討在我國廠使用無鈷的磷酸鐵鋰離子電池事宜。若順利執行,該款磷酸鐵鋰離子電池將首次被用于特斯拉在我國生產Model3車型。


會上,曾毓群也承認了這一事實。他說:“公司與特斯拉的技術團隊很早就有溝通對接,供貨時間大概在今年下半年。我們在磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池方面都有先進的產品,供貨不限于磷酸鐵鋰離子電池或三元鋰離子電池,具體供貨產品取決于市場需求。”


鈷是動力鋰離子電池生產制造的關鍵原料,價格昂貴。目前鈷價維持在25萬元/噸左右,且呈上升趨勢。為降低動力鋰離子電池成本,研發無鈷電池成為公司發展的重要推手。領先于寧德時代,已有公司推出了相關產品。


2019年七月,長城汽車旗下子公司蜂巢能源公布無鈷材料的電芯產品。無鈷材料性能可以達到三元鋰離子電池811型同等水平,材料成本降低5%-15%,電芯成本可降低約5%。


同時,松下、LG、中航鋰電等都將無鈷電池技術作為研發方向之一。2019年底,IBM表示,旗下實驗室研發的無鈷電池獲得突破性進展,已找到其他金屬材料代替鈷。為加速商業化,目前已與產業鏈上下游達成合作。


尚未實現規模化商業化


寧德時代并未透露公司無鈷電池的具體技術路線。但在市場看來,不管是寧德時代,還是其他電池公司,要想實現無鈷電池商業化、規模化生產和銷售,還有很長一段路要走。


目前,已知可行的無鈷電池技術方法包括:使用其他金屬代替鈷、精細調控高鎳材料組分等。在電池高鎳化趨勢漸明的背景下,不斷提升鎳含量,同時降低鈷含量成為多數電池公司的選擇。


經過近幾年的發展,三元鋰離子電池中鎳、鈷、錳的比例已經從最開始的1:1:1,發展到3:3:3,再到5:2:3,直至目前的8:1:1。鈷、錳用量一直在降低。811型電池鈷含量大約在10%左右。甚至有產品的鎳含量可以達到93%,鈷含量在3%左右。


雖然此類電池具有更高的能量密度,更低的成本,以及更輕的重量,但是其穩定性和安全性也大打折扣。


據了解,鈷有穩定材料結構的用途,是電池不可或缺的關鍵原料。鈷的含量越高越能有效減少陽離子混排,降低材料阻抗值,提高材料電子電導率,改善倍率性能,降低電芯內阻。而目前無鈷電池技術仍未完全成熟,一旦溫度過高,容易引起燃燒。


業內人士稱,截至目前,國內三元鋰離子電池公司尚未實現無鈷電池的規模化生產和銷售。然而,有分析機構認為,現今高鎳低鈷電池可以說已經在客觀上實現相對“無鈷”。如此看來,現階段,電池公司還無法完全拋棄這個奢侈的金屬原材料。


平衡能量密度和安全性


有關動力鋰離子電池而言,市場上的需求重要體現在高能量密度和安全性上,兼顧兩者才是贏家。無鈷的磷酸鐵鋰離子電池安全性更強但能量密度相對稍低,低鈷的三元鋰離子電池能量密度優勢明顯但穩定性稍差。


在所有技術路線中,業內認為能兼顧兩者的,是被稱之為下一代動力鋰離子電池解決方法的固態電池。固態電池具有不可燃、不腐蝕、不揮發、不漏液等優勢,安全性高。同時,固態電池使用金屬鋰做負極,匹配高電壓正極材料,可進一步提升能量密度。全球范圍內有超20家公司表示擬布局或已經涉及固態電池技術的開發。


值得注意的是,不只磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池可以選擇無鈷路線,無鈷化也是固態電池的技術方向。2019年十月,雷諾汽車高級副總裁GillesNormand公開表示,到2025年,公司旗下新能源汽車可能會使用鈷含量為零的固態電池。但目前受技術及成本制約,無鈷固態電池也還未跨過規模化生產的門檻。


此外,特斯拉無鈷電池技術路線也讓市場充滿好奇。興業證券預計,除了上述提及的與寧德時代合作開發的無鈷磷酸鐵鋰離子電池外,還包括特斯拉子公司Maxwell自主研發的“新型高鎳正極+預鋰化負極+干電池技術+超級電容”無鈷鋰離子電池。


無鈷電池技術商業化競爭的序幕已經拉開。


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