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新材料情报NMT | 电池的“无钴”趋势与“钴焦虑”

新材料情报NMT 2021-02-18 10:22 发文

早在2010年,“无钴”概念就已经被特斯拉提出。但直到现在,也没有大规模的无钴电池市场,电池技术占比也一直没有上升。为什么“无钴化”迟迟未实现?究竟在哪些方面遇到了瓶颈?

去钴究竟难在哪里?

新能源汽车快速发展风口下,整个行业对锂、镍、钴的需求会进一步增加,但是对于钴来说,全球矿藏储量非常有限,且集中分布于常年局势不稳的非洲国家刚果,钴的供需格局已由过剩转向紧缺。

三元体系中,钴元素可以起稳定材料结构的作用,钴含量增加能有效减少阳离子混排,降低材料阻抗值,尤其对于提高材料电子电导率,改善倍率性能、降低电芯内阻等有其不可替代的作用。

钴在三元材料中短期内无法完全消除替代,但低钴与无钴技术增强了下游动力电池对矿商的议价力。因此,利用价格低谷期,三星SDI、Umicore、SKI、特斯拉、宝马等全球领军的锂电材料、电池、车企均锁定了各自的钴原料长协。但若未来钴价格出现大幅上涨,依然会导致下游动力领域低钴、无钴进程的加快,转向无钴的材料体系。

为了避免源头材料不稳定,钴在三元材料中的最低含量界限在哪里成为产业一直在探究的问题。

三元锂电池仍是市场主流

目前,市面上主流的电池要数特斯拉的三元锂电池和比亚迪的磷酸铁锂电池。其中最大的区别就是前者正极材料镍钴铝(或锰),而后者的是磷酸铁锂。因为有钴,三元电池的造假普遍要比后者高。但因为能量密度大,其安全性会稍微差一点。

相比起三元锂电池,磷酸铁锂电池有一个致命缺点。由于化学性质的差异,三元锂电池的能量密度比铁锂电池高出 70% 左右,因此搭载三元锂电池的车型普遍跑得更远、更快。在整车上,特斯拉的性能也会优于比亚迪。

在去年底,比亚迪汉搭载的刀片电池给电池市场下了一剂猛药。刀片电池也采用了磷酸铁锂正极材料,但是其能量密度提升了50%,安全性能也优于市场上大部分电池,与同一时期上市的特斯拉 model 3分庭抗礼 。并且,目前已突破自供,将向一汽和红旗供应刀片电池,并于下半年实现装车。

但从市场上看,电动车目前还无法切入规模最大的中低端燃油汽车市场,这也是特斯拉、蔚来、理想ONE等公司都开发高端车的原因。所以近几年三元锂电池仍然是厂商首选。

“无钴”突破难度大 仍需观望

“无钴”概念最近一直炒着火热,但结合本文上半部分看,冷静的思考后会发现,“无钴”不管是在技术方面还是市场方面,突破的难度都是很大。

根据研究机构EVTank最新的数据,今年1~4月国内三元锂电池装机量占比升至72.87%,而磷酸铁锂电池(LFP)进一步跌至22.93%,锰酸锂电池(LMO)以及其他电池加起来占的比例不足5%。所以,三元锂电池目前的地位还是非常稳固的。

但从研发方向看,更多企业正在布局镍钴锰铝(NCMA)“四元”锂电池。而领军的通用汽车,今年3月公布了自主研发的Ultium动力电池包。这是第一种即将量产的NCMA四元锂电池。而蜂巢能源也有提出过开发NCMA四元锂电池的项目。

事实上,别说无钴电池,退而求其次的甚至NCMA电池暂时也没有哪家企业可以真正量产。就目前来看,能够量产的、钴用量最少的电池是NCM811/NCA系列。

新材料情报NMT | 电池的“无钴”趋势与“钴焦虑”

从国际上来看,LG化学、SKI都已经量产NCM811,松下的NCA电池早就装配特斯拉。从国内看,宁德时代NCM811电池也已经量产供货。此外,比亚迪、国轩高科、比克动力、亿纬锂能、力神电池、远景AESC、桑顿、鹏辉能源、万向一二三等电池生产企业,以及杉杉股份、当升科技、长远锂科、宁波金和、天津巴莫、厦门钨业等材料企业,都在积极布局NCM811/NCA高镍少钴电池和材料。

虽然比亚迪、特斯拉、蜂巢能源等企业也有在布局“无钴”电池,但因为其技术与市场的不稳定,要等最终量产披露的信息才能判断其在市场的位置。

电池是一个很复杂的体系,一个新材料的商业化,必须要所有配套材料同步革新,这本身就是一个相对复杂、长周期的开发;而产品开发完成后,还有小试、中试、量产,期间不断修正也是一个漫长过程,因此,电池技术革新是一个相对缓慢的事情,未来趋势向“无钴”还是四元,我们需要长期关注。

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