动力电池“无钴化”风口已至

admin 2020年1月5日00:00:00京牌出租评论207阅读模式

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从蜂巢能源推出首款无钴电池,到今年特斯拉就“无钴”电池供应与宁德时代达成合作,再到比亚迪的刀片电池横空出世,直至5月11日宁德时代在其2019年业绩说明会上证实其同在研发“无钴”电池,隔日A钴市场的有色钴板块再一次呈现整体下挫的“惨状”,同时,“无钴化”也成为近期动力电池技术领域的重要话题。

今年2月以来,华友钴业股价持续走跌;图片来源:Wind

市场催生电池“无钴化”

目前来看,尤其是新能源乘用车所采用的动力电池主要采用两种技术路线,一是磷酸铁锂电池,另一则是三元锂电池,前者安全性好,成本低;后者能量密度高,续航能力强。若以是否含有钴元素划分,前者不含钴,后者含钴。

其中,三元锂电池全称为“三元聚合物锂电池”,是指正极材料使用镍钴锰酸锂(NCM)或者镍钴铝酸锂(NCA)的三元正极材料的锂电池,其中主要用于稳定材料层状结构、提高材料循环和倍率性能的钴元素,是三元电池中不可或缺的贵金属。

一直以来,钴的价格波动极大程度上影响着三元材料的价格,可要知道的是,全球有超过一半的钴均产自刚果(金),资源的过于集中也加剧了全球钴供应链的脆弱性。今年以来,随着海外疫情的持续恶化,刚果的封锁措施和社会动荡局势加剧了对钴矿生产的担忧,同时赞比亚、南非等国的边境封锁政策对钴原料的运输产生限制,预计二季度刚果(金)和南非的钴原料出口将显著下降,对国内三季度钴原料进口产生不利影响。

成本问题一直是市场发展的绊脚石,作为核心成本的“动力电池”一直被寄予希望能够尽快降低成本,三元锂电池在降低钴比例和含量后,会相应地降低整车的成本,钴价波动给企业带来的影响也将被削弱,“忐忑”的企业开始变主动为被动,这将有利于推动新能源汽车市场的发展。

与此同时,自2019年补贴力度大幅减少,减少钴含量已成为电池降本的重要措施,由此,不含钴元素的磷酸铁锂电池正迎来“第二春”。乘用车市场信息联席会秘书长崔东树认为,汽车补贴退坡,使各新能源车企逐渐转变经营方向,在部分车型上放弃追求更高能量密度的电池,改用相对更廉价的磷酸铁锂电池以降低成本。

此外,三元锂电池方面也一直在寻找电池“无钴化”的实现途径,或找到能够代替钴的元素,或对高镍材料进行升级调控,或对多种材料进行耦合等方法,同时,完整的电池回收体系也能够缓解钴资源压力,进一步降低动力电池材料的成本。

众电池企业加码“无钴”电池

“提升能量密度,降低电池成本”一直是推动汽车市场发展的关键,近年来,“高镍低钴”成为三元锂电池的发展趋势,车企和动力电池企业在降低钴的比例方面不断进行研发和突破。根据三元锂电池中镍钴锰(或者铝)比例的不同,从而生产出不同型号的三元锂电池,比如 532、622、811等,其中高能量密度的NCM(镍:钴:锰)811成为研发的重点。

在“高镍低钴”的市场需求推动下,国际上主流的动力电池企业如LG化学、电池、宁德时代都在将低钴和“无钴化”作为下一代动力电池技术的研发方向。

2018年,多家车企开始布局NCM811,但由于技术壁垒等问题,市面上三元锂电池仍主要以NCM 532、NCM 622为主。2019年3月,宝马X1插电式混合动力里程升级版正式上市,其动力电池使用了宁德时代NCM 811电芯,宝马对外宣称,这是全球第一个量产的NCM811电池。如今,宁德时代量产的NCM 811电池钴含量已控制在8%-10%之内,而采用了NCA正极材料的特斯拉动力电池,钴含量更是不足3%。

2019年7月,蜂巢能源正式发布首款无钴电池。据官方介绍,蜂巢能源的无钴材料性能可以达到NCM811同等水平,材料成本降低5~15%,相应带来的电芯BOM成本可以降低约5%,且会让材料不受战略资源影响。

蜂巢能源NMx无钴电池;图片来源:蜂巢能源

低钴、无钴的三元锂电池正加速到来,同时,基于成本优势、技术成熟以及使用寿命、安全性等多方面优势,本身不含“钴”的磷酸铁锂电池也是目前“无钴化”动力电池的重要方案之一。不过,由于能量密度相对较低的弊端,其动力电池技术亟需升级。

在2019年德国法兰克福国际车展上,宁德时代推出的CTP技术,通过省去电池模组,对电池包结构优化,减去其中不必要的机械连接,电池包零部件数量因此减少40%,体积利用率提高15%-20%,从而实现大幅降本。

2020年3月,比亚迪发布刀片电池,刀片电池通过结构创新,在成组时可以跳过“模组”,大幅提高了体积利用率,最终达成在同样的空间内装入更多电芯的设计目标。相较传统的有模组电池包,“刀片电池”的体积利用率提升了50%以上,续航里程已经达到了高能量三元锂电池的同等水平。王传福表示,刀片电池将改变行业对三元电池的依赖,让动力电池的技术路线回归正道,并重新定义新能源汽车的安全标准。

对比三元锂电池、磷酸铁锂电池及比亚迪刀片电池针刺测试结果;图片来源:比亚迪

无论是以“去钴”为目标的“高镍低钴”三元锂电池,还是技术升级的磷酸铁锂电池,都给动力电池技术路线的发展带来了希望。随着用户对续航里程要求的不断提高,目前来看,三元锂电池仍是提升能量密度最好的解决办法,高镍低钴是锂电池的必然发展趋势,但短期内“钴”仍是动力电池中无法替代的重要金属材料。新的刀片电池,以及蜂巢能源即将发布的全新无钴电池,或将带来新的颠覆,但路还长,最终谁是主流,谁更胜一筹,最重要的仍是技术和成本问题。

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