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2021-06-01

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(san)元鋰電池在(zai)乘(cheng)用車的(de)規模應用,金屬(shu)鈷作為三(san)元電池一項(xiang)關鍵原材料,因全球礦藏儲量有限(xian)且集中(zhong),“無鈷”電池成(cheng)為一個重要的(de)研究目標。
無鈷動力電池的最新進展分析(圖1)
鈷元素(su)短缺(que),價格(ge)大幅波動
影(ying)響鋰(li)離子電池成本(ben)控制

鋰(li)(li)(li)離(li)子電(dian)(dian)池正極材(cai)料(liao)四(si)種(zhong)主要(yao)元(yuan)素(su)(su)為(wei)鎳(nie)、鈷(gu)、錳(meng)和(he)鋰(li)(li)(li),這其中(zhong)錳(meng)元(yuan)素(su)(su)儲(chu)(chu)(chu)量(liang)(liang)豐富(fu),價(jia)(jia)格低廉,對正極材(cai)料(liao)成本(ben)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)幾(ji)乎為(wei)零,鎳(nie)元(yuan)素(su)(su)價(jia)(jia)格稍高,但(dan)是(shi)鋰(li)(li)(li)離(li)子電(dian)(dian)池并(bing)不是(shi)鎳(nie)的(de)(de)(de)主要(yao)用戶,根據(ju)(ju)相(xiang)關統(tong)計數據(ju)(ju),鋰(li)(li)(li)離(li)子電(dian)(dian)池正極材(cai)料(liao)生產(chan)(chan)消耗的(de)(de)(de)鎳(nie)僅占(zhan)全(quan)球Ni消費的(de)(de)(de)3%,因此鋰(li)(li)(li)離(li)子電(dian)(dian)池行業不會對全(quan)球鎳(nie)供應鏈產(chan)(chan)生大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)。碳酸鋰(li)(li)(li)價(jia)(jia)格雖然一度因為(wei)前期(qi)資(zi)本(ben)炒作出現(xian)大(da)(da)(da)漲,但(dan)實際上鋰(li)(li)(li)資(zi)源在全(quan)球儲(chu)(chu)(chu)量(liang)(liang)十分豐富(fu),據(ju)(ju)估計目(mu)前仍(reng)有60%的(de)(de)(de)鋰(li)(li)(li)資(zi)源尚(shang)未得到勘探(tan)和(he)開發(fa),隨著(zhu)各大(da)(da)(da)公司產(chan)(chan)能增加和(he)大(da)(da)(da)型鋰(li)(li)(li)礦的(de)(de)(de)逐漸發(fa)現(xian),鋰(li)(li)(li)已(yi)經(jing)出現(xian)了(le)供應過剩的(de)(de)(de)苗頭。而鈷(gu)才(cai)是(shi)真正的(de)(de)(de)小眾元(yuan)素(su)(su),據(ju)(ju)估計全(quan)球的(de)(de)(de)鈷(gu)儲(chu)(chu)(chu)量(liang)(liang)僅為(wei)700萬(wan)噸(dun)(dun),且(qie)分布集中(zhong),剛果(金(jin))、澳大(da)(da)(da)利亞和(he)古(gu)巴三(san)國儲(chu)(chu)(chu)量(liang)(liang)占(zhan)據(ju)(ju)了(le)全(quan)球儲(chu)(chu)(chu)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)70%,這也就導致了(le)鈷(gu)資(zi)源非(fei)常容易被控(kong)制和(he)壟斷,因此鈷(gu)價(jia)(jia)在2017年突破(po)40萬(wan)元(yuan)/噸(dun)(dun),極大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)增加了(le)鋰(li)(li)(li)離(li)子電(dian)(dian)池成本(ben)。

隨著(zhu)新能源(yuan)汽車的爆(bao)發,鈷價曾在一(yi)年中爆(bao)炒漲(zhang)幅超(chao)過(guo)125%,且價格多次出現沉(chen)浮波動(dong),因(yin)此鈷成(cheng)為(wei)影響動(dong)力電池成(cheng)本穩定性的重要因(yin)素(su)之一(yi)。

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(zai)這樣(yang)的(de)一個背景下(xia)包(bao)括(kuo)特斯拉在(zai)內的(de)眾多電動汽車企(qi)業和動力(li)(li)電池、上游原(yuan)材料企(qi)業都急切的(de)希望在(zai)動力(li)(li)電池實(shi)現(xian)去鈷化(hua),以擺脫對鈷資源(yuan)的(de)依賴(lai),有(you)效的(de)降低動力(li)(li)電池成本(ben)。

多家企業(ye)布局“無鈷”電池
目前無(wu)鈷電(dian)池的方案(an)可能(neng)性有兩種:一(yi)是(shi)磷(lin)酸鐵(tie)鋰電(dian)池;二是(shi)新(xin)型無(wu)鈷材(cai)料電(dian)池。
1.比亞迪——無(wu)鈷“刀片電池”
2020年1月11日(ri),比亞迪(di)董事長兼總裁王傳福首次公開證實,比亞迪(di)正(zheng)在開發無鈷電(dian)池——“刀片電(dian)池”將于(yu)2020年首次量產。比亞迪(di)推出的“刀片電(dian)池”就屬于(yu)磷酸鐵鋰電(dian)池。
無鈷動力電池的最新進展分析(圖3)
2.蜂巢科技——薄(bo)片式無鈷電池
2020年5月18日(ri),蜂巢能源發布(bu)的兩(liang)款無鈷電池(chi)便屬(shu)于新型(xing)無鈷材料電池(chi)。
第一款產品是115Ah,能(neng)量密(mi)度達(da)到245wh/kg;匹配590標準模(mo)組,能(neng)夠(gou)搭載到目前大部(bu)分新的純電平臺上,這(zhe)款產品的電池包在(zai)整車端,能(neng)夠(gou)實現15年(nian)120萬公里的質(zhi)保(bao);這(zhe)款產品將(jiang)在(zai)2021年(nian)6月(yue)份推向市場。
第二款(kuan)產品是L6薄片(pian)無鈷長電(dian)芯(xin),容量226Ah, 正在(zai)(zai)與(yu)長城的(de)一款(kuan)高端(duan)車型做適配(pei)開(kai)發,搭載(zai)先(xian)進的(de)矩(ju)陣式PACK設計,可以(yi)實現880公(gong)里的(de)續航(hang)。這款(kuan)產品預計在(zai)(zai)2021年(nian)下半年(nian)推向市場(chang)。
無鈷動力電池的最新進展分析(圖4)
蜂巢能源的(de)電(dian)池技術路線圖
從圖中可以看到,目前無鈷電池的(de)能量密度還是(shi)會比三(san)元(yuan)鋰電池低一(yi)些,但(dan)是(shi)在2022年會實現反超。
3.寧德時(shi)代——CTP電池
2020年(nian)年(nian)初(chu),有(you)報道稱特(te)斯(si)拉將從寧德(de)時(shi)代(dai)(dai)采購“無鈷電(dian)(dian)池(chi)(chi)”,將用于國產特(te)斯(si)拉Model3和國產特(te)斯(si)拉Model Y。而這種“無鈷電(dian)(dian)池(chi)(chi)”也是磷酸鐵鋰電(dian)(dian)池(chi)(chi)。磷酸鐵鋰電(dian)(dian)池(chi)(chi)優勢在(zai)于安全性和抗(kang)衰減能力強,劣(lie)勢是單位能量密度(du)低。為解決這一不足(zu),寧德(de)時(shi)代(dai)(dai)的(de)TCP電(dian)(dian)池(chi)(chi)和比(bi)亞迪的(de)“刀片”電(dian)(dian)池(chi)(chi)都采用了類(lei)似(si)的(de)技術途徑,即通過升(sheng)級工(gong)藝,減少電(dian)(dian)池(chi)(chi)包零件數量并增(zeng)加(jia)電(dian)(dian)芯(xin)總(zong)量,在(zai)電(dian)(dian)池(chi)(chi)包總(zong)質(zhi)量不變的(de)前提下(xia),提升(sheng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)包的(de)能量密度(du)。
無鈷動力電池的最新進展分析(圖5)
4.國外企業在“無(wu)鈷電(dian)池”領域加強滲透
雖然目前的無鈷研(yan)發方向(xiang)有眾多(duo)不(bu)確定性(xing),但在(zai)降本的大背(bei)景下,少鈷乃(nai)至無鈷已經(jing)是國(guo)內外(wai)不(bu)少電池企業都在(zai)進(jin)行的一個研(yan)發方向(xiang)。
2018年,松下汽車(che)電池業務高管田村(cun)健二曾表示,“我們已經在縮減鈷(gu)在電池制造中的使(shi)用(yong);不久的將(jiang)來(lai),我們將(jiang)把(ba)鈷(gu)的使(shi)用(yong)降低到零。”
2019年12月,IBM表(biao)示其電(dian)池(chi)(chi)研究實驗室可能(neng)找(zhao)到了新方法(fa),能(neng)夠利用從(cong)海水中提取的(de)(de)材料,制(zhi)造一種(zhong)不含鈷、鎳和其它重(zhong)金屬的(de)(de)電(dian)池(chi)(chi)。這(zhe)種(zhong)電(dian)池(chi)(chi)不僅擁有(you)高功率(lv)(lv)密(mi)度、高能(neng)量(liang)密(mi)度和出色的(de)(de)能(neng)源效率(lv)(lv),還具備低易燃性的(de)(de)電(dian)解(jie)質。為(wei)了加速這(zhe)項技術的(de)(de)商業化,IBM目前已與梅(mei)賽德斯(si)·奔馳的(de)(de)電(dian)池(chi)(chi)電(dian)解(jie)質供應商Central Glass和電(dian)池(chi)(chi)制(zhi)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(zhan)方向(xiang)——從高鎳低(di)鈷到(dao)無鈷
無(wu)論是(shi)(shi)以“去鈷(gu)(gu)(gu)”為(wei)目(mu)標的(de)“高鎳低鈷(gu)(gu)(gu)”三元鋰(li)電(dian)池(chi)(chi),還是(shi)(shi)技術升(sheng)級的(de)磷(lin)酸(suan)鐵鋰(li)電(dian)池(chi)(chi),都給(gei)動力(li)電(dian)池(chi)(chi)技術路線的(de)發展(zhan)帶來(lai)(lai)了希望。隨著用戶對續航里程要求的(de)不(bu)斷提高,目(mu)前來(lai)(lai)看,三元鋰(li)電(dian)池(chi)(chi)仍(reng)(reng)是(shi)(shi)提升(sheng)能量密度最好的(de)解決(jue)辦法(fa),高鎳低鈷(gu)(gu)(gu)是(shi)(shi)鋰(li)電(dian)池(chi)(chi)的(de)必然發展(zhan)趨勢(shi),但(dan)短期(qi)內“鈷(gu)(gu)(gu)”仍(reng)(reng)是(shi)(shi)動力(li)電(dian)池(chi)(chi)中無(wu)法(fa)替代的(de)重(zhong)要金(jin)屬材料。新(xin)的(de)刀(dao)片電(dian)池(chi)(chi),以及蜂巢能源即將發布的(de)全新(xin)無(wu)鈷(gu)(gu)(gu)電(dian)池(chi)(chi),或(huo)將帶來(lai)(lai)新(xin)的(de)顛覆,但(dan)實現最終(zhong)的(de)市(shi)場(chang)化和商(shang)業化,最重(zhong)要的(de)仍(reng)(reng)是(shi)(shi)技術和成本問題。


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