[導(dǎo)讀] 業(yè)內(nèi)坦言，鋰電正極材料提高鎳含量、實現(xiàn)無鈷化后，電池的能量密度達到了極限。但在熱穩(wěn)定性、循環(huán)壽命、倍率性等方面還存在技術(shù)壁壘。
業(yè)內(nèi)坦言，鋰電正極材料提高鎳含量、實現(xiàn)無鈷化后，電池的能量密度達到了極限。但在熱穩(wěn)定性、循環(huán)壽命、倍率性等方面還存在技術(shù)壁壘。
無鈷電池，無疑是今年動力電池產(chǎn)業(yè)的一大熱點
年初，特斯拉表示將使用無鈷電池，并稱，“無鈷，不一定代表是磷酸鐵鋰”；隨后，寧德時代在業(yè)績說明會上表示，公司一直有無鈷電池的技術(shù)儲備；之后，蜂巢能源率先發(fā)布了兩款基于鎳錳二元正極材料打造的無鈷電池產(chǎn)品……
國內(nèi)外企業(yè)相繼布局無鈷電池的同時，資本市場也聞“鈷”而動。在日前召開的第8屆中國電池新能源產(chǎn)業(yè)國際高峰論壇上，北京大學(xué)教授其魯坦言，從材料合成結(jié)果來看，完全100%的鎳酸鋰不穩(wěn)定，如果沒有鈷，電池衰減非?？欤浠瘜W(xué)結(jié)構(gòu)也會發(fā)生變化。有鈷，且有不少于5%的鉻，才能讓鎳酸鋰變成穩(wěn)定的材料。
有利于降低電池成本
目前電動汽車主流配套的三元鋰電池，其正極材料為鎳鈷錳或鎳鈷鋁，鈷在其中起著穩(wěn)定材料層狀結(jié)構(gòu)、提高材料循環(huán)和倍率性能的作用，是正極材料中不可或缺的一員。
但鈷也有缺點——資源稀缺，價格昂貴。全球鈷儲量僅有710萬噸，且集中分布在政局不穩(wěn)定的剛果(金)。近年來，鈷價多次出現(xiàn)過劇烈波動，全年漲幅高達130%。在開采過程中，使用童工、手挖礦等問題也讓鈷的應(yīng)用蒙上了陰影。
近10年，電池供應(yīng)商、正極材料企業(yè)都在想方設(shè)法減少鈷的用量。最初，鈷酸鋰正極材料含鈷量約為59%，之后的鎳鈷錳三元材料在111/523/622/811四種配比下，鈷含量分別降為18%、12.2%、12%、7%。
降低鈷含量，可以起到降低電池成本的作用。蜂巢能源科技有限公司電芯研發(fā)中心總經(jīng)理高飛表示，鈷價對電池成本影響顯著，且受供需關(guān)系影響較大，發(fā)展少鈷、無鈷技術(shù)，或提前鎖定鈷價，是推動電池持續(xù)降本的重要保障。
相關(guān)統(tǒng)計顯示，全球動力電池領(lǐng)域用鈷需求量將從2019年的1.82萬噸大幅上升至2025年的6.35萬噸，年復(fù)合增長率達到23.2%。高飛算了一筆賬：生產(chǎn)1輛特斯拉ModelS將消耗13.68公斤鈷。如果目前全球鈷儲量的30%用在電動汽車上，折算下來，約支撐1.7億輛車的生產(chǎn)規(guī)模，電動汽車每年按500萬的銷量來算，30年左右，鈷將消耗殆盡，“而全部使用無鈷電池，總成本可以降低26億美元?！?/p>
蜂巢能源已于去年9月率先發(fā)布了無鈷正極電芯產(chǎn)品。據(jù)高飛介紹，蜂巢無鈷電池分為E平臺和H平臺，共規(guī)劃四款產(chǎn)品，容量為90Ah到226Ah不等。電芯最高可實現(xiàn)880公里續(xù)駛里程，預(yù)計于2021年6月量產(chǎn)。
固有缺陷難消除
那么，無鈷電池真的漸行漸近了嗎？
蜂巢能源的無鈷材料路線很清晰——在鎳酸鋰的基礎(chǔ)上加錳，即鎳錳電池。
“無鈷兩元材料存在固有缺陷，從驗證結(jié)果來看，無鈷鎳錳（NM7525）材料克容量與鎳鈷鋰（NCM622）接近，但循環(huán)性能和倍率性能略差，材料熱穩(wěn)定也低于后者?！备窳置拦煞萦邢薰靖笨偨?jīng)理潘驊坦言，鋰電正極材料提高鎳含量、實現(xiàn)無鈷化后，電池的能量密度達到了極限。但在熱穩(wěn)定性、循環(huán)壽命、倍率性等方面還存在技術(shù)壁壘。
高飛坦言，無鈷材料存在三大隱患：層狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、高比例鋰鎳混排問題；較低的倍率性能；高電壓體系下，循環(huán)穩(wěn)定性較差。他表示，蜂巢能源通過陽離子摻雜技術(shù)、單晶技術(shù)和納米網(wǎng)絡(luò)化包覆技術(shù)，對前驅(qū)體、粉末尺寸、電芯化學(xué)體系進行優(yōu)化，實現(xiàn)了無鈷化，已在車輛上進行實測。
此外，對大家擔心的鈷資源枯竭問題，業(yè)內(nèi)人士認為不必悲觀。“2019年車輛用鈷量是1.82萬噸，不到用鈷總量的15%。”浙江華友循環(huán)科技有限公司總經(jīng)理鮑偉認為，即使未來三元正極材料向高鎳化方向發(fā)展，但伴隨新能源汽車銷量增長和單車帶電量大提升，動力電池整體用鈷量仍將保持高速增長，“中長期高鎳三元趨勢不會改變，無鈷電池的影響，預(yù)期大于實質(zhì)意義?！?/p>
其魯表示，目前鈷資源可以做到近100%回收，無限循環(huán)使用，不用過多擔憂。
在鮑偉看來，鈷價并不是真的昂貴，而是作為小眾金屬，容易被炒作、被資本市場攪動。“作為鈷金屬生產(chǎn)商，我們也特別希望鈷價穩(wěn)定，維持在30萬元/噸左右較好?！?/p>
不能犧牲安全性
不可忽視的是，電池作為核心部件，很大程度上直接決定車輛的性能。追求無鈷，萬萬不能犧牲安全性。
億維鋰能董事長劉金成向記者直言，無鈷是個偽命題?！盀槭裁床挥免捘兀库捄芸蓯?，三元電池有它結(jié)構(gòu)才穩(wěn)定。安全可靠是行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，技術(shù)得經(jīng)過5年、10年的驗證，‘硬上’只能說很大膽?！?/p>
即便是低鈷的鎳鈷錳811電池也被爆出多起安全事故?！暗外掚姵厥且环N市場導(dǎo)向，企業(yè)開發(fā)了便往前推?！眹幐呖聘呒壐笨偛眯炫d無坦言，低鈷811電池確實存在不少問題，建議緩一緩，是比較明智的選擇。“降低能量密度對安全是有好處的，等技術(shù)真正成熟再大批量上車。”
據(jù)了解，高活性的鎳占比越大，正極材料的熱穩(wěn)定性就會相應(yīng)降低。也就是說，當電池遇到過充、高溫、外力沖擊等情況時，更容易引發(fā)熱失控。
那么，是否可以通過其他材料來代替鈷的作用？潘驊表示，格林美已經(jīng)完成了從中鎳、低鎳到高鎳的全系列的技術(shù)儲備，公司正在探索開發(fā)鋁、硼、鎂元素來取代鈷。
潘驊預(yù)計，基于成本優(yōu)勢，無鈷材料會率先在價格敏感的領(lǐng)域，比如兩輪車、儲能等應(yīng)用場景上使用。整體來看，無鈷材料的技術(shù)和性能還存在缺陷，取代鎳鈷錳或鎳鈷鋁還需要很長一段時間，行業(yè)仍需進一步攻關(guān)。