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  • 2020-06-01

    無鈷動力電池的最新進展分析

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

    目前,隨著三元鋰電池在乘用車的規模應用,金屬鈷作為三元電池一項關鍵原材料,因全球礦藏儲量有限且集中,“無鈷”電池成為一個重要的研究目標。
    無鈷動力電池的最新進展分析(圖1)
    鈷元素短缺,價格大幅波動
    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,這其中錳元素儲量豐富,價格低廉,對正極材料成本的影響幾乎為零,鎳元素價格稍高,但是鋰離子電池并不是鎳的主要用戶,根據相關統計數據,鋰離子電池正極材料生產消耗的鎳僅占全球Ni消費的3%,因此鋰離子電池行業不會對全球鎳供應鏈產生大的影響。碳酸鋰價格雖然一度因為前期資本炒作出現大漲,但實際上鋰資源在全球儲量十分豐富,據估計目前仍有60%的鋰資源尚未得到勘探和開發,隨著各大公司產能增加和大型鋰礦的逐漸發現,鋰已經出現了供應過剩的苗頭。而鈷才是真正的小眾元素,據估計全球的鈷儲量僅為700萬噸,且分布集中,剛果(金)、澳大利亞和古巴三國儲量占據了全球儲量的70%,這也就導致了鈷資源非常容易被控制和壟斷,因此鈷價在2017年突破40萬元/噸,極大的增加了鋰離子電池成本。

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

    無鈷動力電池的最新進展分析(圖2)
    圖 近一年來鈷價大幅波動
    正是在這樣的一個背景下包括特斯拉在內的眾多電動汽車企業和動力電池、上游原材料企業都急切的希望在動力電池實現去鈷化,以擺脫對鈷資源的依賴,有效的降低動力電池成本。

    多家企業布局“無鈷”電池
    目前無鈷電池的方案可能性有兩種:一是磷酸鐵鋰電池;二是新型無鈷材料電池。
    1.比亞迪——無鈷“刀片電池”
    2020年1月11日,比亞迪董事長兼總裁王傳福首次公開證實,比亞迪正在開發無鈷電池——“刀片電池”將于2020年首次量產。比亞迪推出的“刀片電池”就屬于磷酸鐵鋰電池。
    無鈷動力電池的最新進展分析(圖3)
    2.蜂巢科技——薄片式無鈷電池
    2020年5月18日,蜂巢能源發布的兩款無鈷電池便屬于新型無鈷材料電池。
    第一款產品是115Ah,能量密度達到245wh/kg;匹配590標準模組,能夠搭載到目前大部分新的純電平臺上,這款產品的電池包在整車端,能夠實現15年120萬公里的質保;這款產品將在2021年6月份推向市場。
    第二款產品是L6薄片無鈷長電芯,容量226Ah, 正在與長城的一款高端車型做適配開發,搭載先進的矩陣式PACK設計,可以實現880公里的續航。這款產品預計在2021年下半年推向市場。
    無鈷動力電池的最新進展分析(圖4)
    蜂巢能源的電池技術路線圖
    從圖中可以看到,目前無鈷電池的能量密度還是會比三元鋰電池低一些,但是在2022年會實現反超。
    3.寧德時代——CTP電池
    2020年年初,有報道稱特斯拉將從寧德時代采購“無鈷電池”,將用于國產特斯拉Model3和國產特斯拉Model Y。而這種“無鈷電池”也是磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰電池優勢在于安全性和抗衰減能力強,劣勢是單位能量密度低。為解決這一不足,寧德時代的TCP電池和比亞迪的“刀片”電池都采用了類似的技術途徑,即通過升級工藝,減少電池包零件數量并增加電芯總量,在電池包總質量不變的前提下,提升電池包的能量密度。
    無鈷動力電池的最新進展分析(圖5)
    4.國外企業在“無鈷電池”領域加強滲透
    雖然目前的無鈷研發方向有眾多不確定性,但在降本的大背景下,少鈷乃至無鈷已經是國內外不少電池企業都在進行的一個研發方向。
    2018年,松下汽車電池業務高管田村健二曾表示,“我們已經在縮減鈷在電池制造中的使用;不久的將來,我們將把鈷的使用降低到零?!?/span>
    2019年12月,IBM表示其電池研究實驗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。為了加速這項技術的商業化,IBM目前已與梅賽德斯·奔馳的電池電解質供應商Central Glass和電池制造商Sidus達成合作。
    無鈷動力電池的最新進展分析(圖6)
    鋰電池的發展方向——從高鎳低鈷到無鈷
    無論是以“去鈷”為目標的“高鎳低鈷”三元鋰電池,還是技術升級的磷酸鐵鋰電池,都給動力電池技術路線的發展帶來了希望。隨著用戶對續航里程要求的不斷提高,目前來看,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展趨勢,但短期內“鈷”仍是動力電池中無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布的全新無鈷電池,或將帶來新的顛覆,但實現最終的市場化和商業化,最重要的仍是技術和成本問題。


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