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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,隨著三元鋰電(dian)池在(zai)乘用車的規模應用,金屬鈷(gu)(gu)作為(wei)三元電(dian)池一項關(guan)鍵原材料,因全(quan)球礦藏(zang)儲量有(you)限且集中,“無鈷(gu)(gu)”電(dian)池成為(wei)一個重要(yao)的研究目標。
無鈷動力電池的最新進展分析(圖1)
鈷(gu)元素短缺,價格大(da)幅波動
影響鋰離子電池(chi)成本(ben)控制

鋰(li)(li)(li)離(li)子電池(chi)(chi)正(zheng)極(ji)材(cai)(cai)料(liao)四種主(zhu)要元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)為鎳(nie)(nie)、鈷、錳和(he)(he)(he)鋰(li)(li)(li),這其中(zhong)錳元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)儲量豐富(fu),價(jia)(jia)格低(di)廉,對正(zheng)極(ji)材(cai)(cai)料(liao)成本(ben)的(de)(de)(de)影(ying)響幾乎為零,鎳(nie)(nie)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)價(jia)(jia)格稍高(gao),但是(shi)鋰(li)(li)(li)離(li)子電池(chi)(chi)并不(bu)是(shi)鎳(nie)(nie)的(de)(de)(de)主(zhu)要用(yong)戶(hu),根據(ju)(ju)(ju)相關統(tong)計數據(ju)(ju)(ju),鋰(li)(li)(li)離(li)子電池(chi)(chi)正(zheng)極(ji)材(cai)(cai)料(liao)生(sheng)產(chan)(chan)消(xiao)耗的(de)(de)(de)鎳(nie)(nie)僅占(zhan)全球Ni消(xiao)費的(de)(de)(de)3%,因(yin)此鋰(li)(li)(li)離(li)子電池(chi)(chi)行業(ye)不(bu)會對全球鎳(nie)(nie)供應(ying)鏈產(chan)(chan)生(sheng)大(da)的(de)(de)(de)影(ying)響。碳酸(suan)鋰(li)(li)(li)價(jia)(jia)格雖然一度因(yin)為前期(qi)資(zi)本(ben)炒作出現大(da)漲,但實際(ji)上(shang)鋰(li)(li)(li)資(zi)源在全球儲量十分豐富(fu),據(ju)(ju)(ju)估(gu)計目前仍有(you)60%的(de)(de)(de)鋰(li)(li)(li)資(zi)源尚(shang)未得(de)到勘探和(he)(he)(he)開發,隨著各大(da)公司產(chan)(chan)能增(zeng)加和(he)(he)(he)大(da)型鋰(li)(li)(li)礦的(de)(de)(de)逐漸發現,鋰(li)(li)(li)已經出現了(le)供應(ying)過剩的(de)(de)(de)苗頭。而鈷才(cai)是(shi)真(zhen)正(zheng)的(de)(de)(de)小(xiao)眾元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su),據(ju)(ju)(ju)估(gu)計全球的(de)(de)(de)鈷儲量僅為700萬(wan)噸,且(qie)分布集中(zhong),剛(gang)果(guo)(金)、澳(ao)大(da)利亞和(he)(he)(he)古巴三國(guo)儲量占(zhan)據(ju)(ju)(ju)了(le)全球儲量的(de)(de)(de)70%,這也就導致了(le)鈷資(zi)源非常容(rong)易被(bei)控制和(he)(he)(he)壟斷,因(yin)此鈷價(jia)(jia)在2017年突破40萬(wan)元(yuan)(yuan)(yuan)/噸,極(ji)大(da)的(de)(de)(de)增(zeng)加了(le)鋰(li)(li)(li)離(li)子電池(chi)(chi)成本(ben)。

隨著(zhu)新(xin)能源汽車的爆發(fa),鈷(gu)價曾在一年中(zhong)爆炒漲(zhang)幅超過(guo)125%,且(qie)價格多次出現沉浮波動,因此鈷(gu)成為影響動力電池成本穩定性的重(zhong)要因素之(zhi)一。

無鈷動力電池的最新進展分析(圖2)
圖 近一年來鈷(gu)價大幅波動
正(zheng)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(chi)、上游原材料企業都急切的希望在動力電池(chi)實(shi)現去(qu)鈷化,以擺脫(tuo)對鈷資源的依賴,有效的降低動力電池(chi)成(cheng)本。

多家(jia)企(qi)業布局“無鈷”電池(chi)
目前無鈷電(dian)池的方案可能性有兩種:一是(shi)磷酸鐵鋰電(dian)池;二是(shi)新型(xing)無鈷材料電(dian)池。
1.比亞迪——無(wu)鈷“刀(dao)片電(dian)池(chi)”
2020年1月11日(ri),比亞迪(di)董事(shi)長(chang)兼總裁王傳福首(shou)次公開證(zheng)實,比亞迪(di)正在開發無鈷電(dian)池——“刀片(pian)電(dian)池”將(jiang)于2020年首(shou)次量產。比亞迪(di)推出(chu)的“刀片(pian)電(dian)池”就(jiu)屬于磷酸鐵鋰電(dian)池。
無鈷動力電池的最新進展分析(圖3)
2.蜂巢科技——薄片式無鈷電池(chi)
2020年5月18日,蜂巢能源發布的兩款(kuan)無鈷電(dian)池便(bian)屬于新型無鈷材料電(dian)池。
第一(yi)款(kuan)(kuan)產(chan)品(pin)是115Ah,能量密度達到245wh/kg;匹配590標(biao)準模組(zu),能夠(gou)搭載到目前大部分新的純電平臺上,這款(kuan)(kuan)產(chan)品(pin)的電池包在(zai)整車端,能夠(gou)實現15年120萬(wan)公里(li)的質保(bao);這款(kuan)(kuan)產(chan)品(pin)將(jiang)在(zai)2021年6月份推向(xiang)市場。
第二款(kuan)產品是(shi)L6薄片無鈷長(chang)電芯(xin),容量(liang)226Ah, 正在與長(chang)城的(de)(de)(de)一(yi)款(kuan)高端車型做適(shi)配(pei)開發,搭載先進的(de)(de)(de)矩陣(zhen)式PACK設計,可以(yi)實現880公(gong)里的(de)(de)(de)續航。這款(kuan)產品預計在2021年下(xia)半年推向市場。
無鈷動力電池的最新進展分析(圖4)
蜂巢(chao)能源的電池技術(shu)路線圖(tu)
從圖中可以看到,目(mu)前無鈷(gu)電池的能量(liang)密度還是會比三元鋰(li)電池低(di)一(yi)些,但是在2022年會實現反超。
3.寧(ning)德(de)時代——CTP電池(chi)
2020年年初,有報道稱特斯拉(la)(la)將從(cong)寧德時(shi)(shi)代采購“無鈷(gu)電(dian)池(chi)”,將用(yong)于(yu)(yu)國產(chan)特斯拉(la)(la)Model3和國產(chan)特斯拉(la)(la)Model Y。而這(zhe)種“無鈷(gu)電(dian)池(chi)”也是磷酸鐵鋰電(dian)池(chi)。磷酸鐵鋰電(dian)池(chi)優(you)勢在于(yu)(yu)安全性和抗衰減(jian)能(neng)(neng)力(li)強,劣(lie)勢是單位能(neng)(neng)量(liang)(liang)密度低(di)。為解決(jue)這(zhe)一不足,寧德時(shi)(shi)代的(de)TCP電(dian)池(chi)和比亞迪的(de)“刀(dao)片”電(dian)池(chi)都采用(yong)了類(lei)似的(de)技術途徑,即通過升級(ji)工藝,減(jian)少電(dian)池(chi)包(bao)零件數量(liang)(liang)并增加電(dian)芯總量(liang)(liang),在電(dian)池(chi)包(bao)總質量(liang)(liang)不變的(de)前提下,提升電(dian)池(chi)包(bao)的(de)能(neng)(neng)量(liang)(liang)密度。
無鈷動力電池的最新進展分析(圖5)
4.國外企業(ye)在“無(wu)鈷電池”領(ling)域加強滲透
雖然目前的(de)無鈷(gu)(gu)研發(fa)方(fang)向有眾多不確定性,但(dan)在降本的(de)大(da)背(bei)景下,少鈷(gu)(gu)乃至無鈷(gu)(gu)已經是國(guo)內外不少電池企業都在進(jin)行的(de)一個(ge)研發(fa)方(fang)向。
2018年,松下汽車電池(chi)業務高管田村健(jian)二曾表示,“我們已經在(zai)縮減(jian)鈷在(zai)電池(chi)制造中的(de)使用;不久的(de)將(jiang)來,我們將(jiang)把鈷的(de)使用降低到零。”
2019年(nian)12月(yue),IBM表示其電(dian)(dian)(dian)池(chi)研究實(shi)驗室可能(neng)(neng)找(zhao)到(dao)了新方法,能(neng)(neng)夠(gou)利用從(cong)海水(shui)中提(ti)取的(de)材料,制造一種不含鈷(gu)、鎳和其它重金(jin)屬(shu)的(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)。這(zhe)種電(dian)(dian)(dian)池(chi)不僅擁有高功率(lv)密(mi)度、高能(neng)(neng)量密(mi)度和出色(se)的(de)能(neng)(neng)源效率(lv),還具(ju)備(bei)低易燃(ran)性的(de)電(dian)(dian)(dian)解(jie)質。為了加速這(zhe)項(xiang)技術的(de)商業化,IBM目前已與(yu)梅(mei)賽德(de)斯(si)·奔馳的(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)解(jie)質供應商Central Glass和電(dian)(dian)(dian)池(chi)制造商Sidus達(da)成合作(zuo)。
無鈷動力電池的最新進展分析(圖6)
鋰電(dian)池的(de)發展方向——從(cong)高鎳低(di)鈷(gu)到(dao)無鈷(gu)
無論(lun)是以“去鈷”為(wei)目(mu)標的(de)“高鎳(nie)低(di)鈷”三元(yuan)鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi),還是技(ji)術(shu)升級的(de)磷酸鐵鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi),都給動力(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)技(ji)術(shu)路線的(de)發展帶來了希望。隨著用戶對續航里程(cheng)要求的(de)不斷提(ti)高,目(mu)前(qian)來看,三元(yuan)鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)仍(reng)是提(ti)升能量密度最(zui)好的(de)解決(jue)辦法,高鎳(nie)低(di)鈷是鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)必(bi)然發展趨勢,但(dan)短期內“鈷”仍(reng)是動力(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)中無法替代的(de)重要金屬材料。新的(de)刀片電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi),以及蜂巢能源即(ji)將(jiang)(jiang)發布的(de)全新無鈷電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi),或(huo)將(jiang)(jiang)帶來新的(de)顛覆(fu),但(dan)實現最(zui)終的(de)市場(chang)化和商業化,最(zui)重要的(de)仍(reng)是技(ji)術(shu)和成本問題。


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