年初,特斯拉表示将使用无钴电池,并称,“无钴,不一定代表是磷酸铁锂”;随后,宁德时代在业绩说明会上表示,公司一直有无钴电池的技术储备;之后,蜂巢能源率先发布了两款基于镍锰二元正极材料打造的无钴电池产品……国内外企业相继布局无钴电池的同时,资本市场也闻“钴”而动。

ABEC 2020│第8届电池“达沃斯”论坛现场

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核心阅读:业内坦言,锂电正极材料提高镍含量、实现无钴化后,电池的能量密度达到了极限。但在热稳定性、循环寿命、倍率性等方面还存在技术壁垒。

无钴电池,无疑是今年动力电池产业的一大热点。

年初,特斯拉表示将使用无钴电池,并称,“无钴,不一定代表是磷酸铁锂”;随后,宁德时代在业绩说明会上表示,公司一直有无钴电池的技术储备;之后,蜂巢能源率先发布了两款基于镍锰二元正极材料打造的无钴电池产品……国内外企业相继布局无钴电池的同时,资本市场也闻“钴”而动。在日前召开的ABEC 2020 | 第8届中国(长沙·宁乡)电池新能源产业国际高峰论坛上,北京大学教授其鲁坦言,从材料合成结果来看,完全100%的镍酸锂不稳定,如果没有钴,电池衰减非常快,其化学结构也会发生变化。有钴,且有不少于5%的铬,才能让镍酸锂变成稳定的材料。

有利于降低电池成本

目前电动汽车主流配套的三元锂电池,其正极材料为镍钴锰或镍钴铝,钴在其中起着稳定材料层状结构、提高材料循环和倍率性能的作用,是正极材料中不可或缺的一员。

但钴也有缺点——资源稀缺,价格昂贵。全球钴储量仅有710万吨,且集中分布在政局不稳定的刚果(金)。近年来,钴价多次出现过剧烈波动,全年涨幅高达130%。在开采过程中,使用童工、手挖矿等问题也让钴的应用蒙上了阴影。 近10年,电池供应商、正极材料企业都在想方设法减少钴的用量。最初,钴酸锂正极材料含钴量约为59%,之后的镍钴锰三元材料在111/523/622/811四种配比下,钴含量分别降为18%、12.2%、12%、7%。

降低钴含量,可以起到降低电池成本的作用。蜂巢能源科技有限公司电芯研发中心总经理高飞表示,钴价对电池成本影响显著,且受供需关系影响较大,发展少钴、无钴技术,或提前锁定钴价,是推动电池持续降本的重要保障。

相关统计显示,全球动力电池领域用钴需求量将从2019年的1.82万吨大幅上升至2025年的6.35万吨,年复合增长率达到23.2%。高飞算了一笔账:生产1辆特斯拉Model S将消耗13.68公斤钴。如果目前全球钴储量的30%用在电动汽车上,折算下来,约支撑1.7亿辆车的生产规模,电动汽车每年按500万的销量来算,30年左右,钴将消耗殆尽,“而全部使用无钴电池,总成本可以降低26亿美元。”

蜂巢能源已于去年9月率先发布了无钴正极电芯产品。据高飞介绍,蜂巢无钴电池分为E平台和H平台,共规划四款产品,容量为90Ah到226Ah不等。电芯最高可实现880公里续驶里程,预计于2021年6月量产。

固有缺陷难消除

那么,无钴电池真的渐行渐近了吗?

蜂巢能源的无钴材料路线很清晰——在镍酸锂的基础上加锰,即镍锰电池。

“无钴两元材料存在固有缺陷,从验证结果来看,无钴镍锰(NM7525)材料克容量与镍钴锂(NCM622)接近,但循环性能和倍率性能略差,材料热稳定也低于后者。”格林美股份有限公司副总经理潘骅坦言,锂电正极材料提高镍含量、实现无钴化后,电池的能量密度达到了极限。但在热稳定性、循环寿命、倍率性等方面还存在技术壁垒。

高飞坦言,无钴材料存在三大隐患:层状结构不稳定、高比例锂镍混排问题;较低的倍率性能;高电压体系下,循环稳定性较差。他表示,蜂巢能源通过阳离子掺杂技术、单晶技术和纳米网络化包覆技术,对前驱体、粉末尺寸、电芯化学体系进行优化,实现了无钴化,已在车辆上进行实测。

此外,对大家担心的钴资源枯竭问题,业内人士认为不必悲观。“2019年车辆用钴量是1.82万吨,不到用钴总量的15%。”浙江华友循环科技有限公司总经理鲍伟认为,即使未来三元正极材料向高镍化方向发展,但伴随新能源汽车销量增长和单车带电量大提升,动力电池整体用钴量仍将保持高速增长,“中长期高镍三元趋势不会改变,无钴电池的影响,预期大于实质意义。”

其鲁表示,目前钴资源可以做到近100%回收,无限循环使用,不用过多担忧。

在鲍伟看来,钴价并不是真的昂贵,而是作为小众金属,容易被炒作、被资本市场搅动。“作为钴金属生产商,我们也特别希望钴价稳定,维持在30万元/吨左右较好。”

不能牺牲安全性

不可忽视的是,电池作为核心部件,很大程度上直接决定车辆的性能。追求无钴,万万不能牺牲安全性。

亿维锂能董事长刘金成向记者直言,无钴是个伪命题。“为什么不用钴呢?钴很可爱,三元电池有它结构才稳定。安全可靠是行业发展的基础,技术得经过5年、10年的验证,‘硬上’只能说很大胆。”

即便是低钴的镍钴锰811电池也被爆出多起安全事故。“低钴电池是一种市场导向,企业开发了便往前推。”国轩高科高级副总裁徐兴无坦言,低钴811电池确实存在不少问题,建议缓一缓,是比较明智的选择。“降低能量密度对安全是有好处的,等技术真正成熟再大批量上车。”

据了解,高活性的镍占比越大,正极材料的热稳定性就会相应降低。也就是说,当电池遇到过充、高温、外力冲击等情况时,更容易引发热失控。

那么,是否可以通过其他材料来代替钴的作用?潘骅表示,格林美已经完成了从中镍、低镍到高镍的全系列的技术储备,公司正在探索开发铝、硼、镁元素来取代钴。

潘骅预计,基于成本优势,无钴材料会率先在价格敏感的领域,比如两轮车、储能等应用场景上使用。整体来看,无钴材料的技术和性能还存在缺陷,取代镍钴锰或镍钴铝还需要很长一段时间,行业仍需进一步攻关。

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