动力电池打响“无钴”争夺战:谁将占据未来红利?

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  受疫情等因素影响,原计划于今年4月举办的特斯拉“电池日”再度跳票,马斯克口中的无钴电池依旧神秘感十足。

  然而,长城控股集团旗下的蜂巢能源科技有限公司(以下简称“蜂巢能源”)却先行一步,正式推出NMX无钴电池,成为全球第一家成功研发出无钴电池的企业。

动力电池打响“无钴”争夺战:谁将占据未来红利?

  图片来源:蜂巢能源官网

  “鉴于钴的稳定性能,无钴电池将成为未来动力电池的一个重要发展趋势。”蜂巢能源总裁杨红新说。

  事实上,自今年初坊间传出国产特斯拉将使用宁德时代的“无钴电池”后,资本市场便闻“钴”而动,虽然后来特斯拉所谓的无钴电池仅仅是一份合作协议。

  不过目前动力电池领域对“无钴”的关注已空前高涨。中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长王子冬对《每日经济新闻》记者说,“这主要是源于动力电池无钴化可以降低成本”。

  “降本”驱动电池“无钴”

  当前,新能源汽车市场常用电池分别为以镍钴锰(NCM)、镍钴铝(NCA)为主要材料的三元锂电池和磷酸铁锂电池。

  根据研究机构EVTank最新数据显示,今年1~4月,国内NCM三元锂电池装机量占比升至72.87%,依然是动力电池市场中的“王者”。

  而正是这位“王者”身上的钴元素,成为影响新能源汽车产业链稳定性的重要因素。

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  图片来源:每经记者 孙桐桐 摄

  据记者了解,作为动力电池正极材料中的重要元素之一,钴不但可以稳定材料的层状结构,而且可以提高材料的循环和倍率性能。但是钴在地壳中的含量较低,丰度仅为0.0025%,全球陆地钴的储量约为710万吨。如果不考虑回收,2026年以后,钴将供不应求,无法支撑新能源汽车的发展。

  而随着新能源汽车保有量的迅速增长,钴价格也从2016年的12万元/吨一度飙升至2018年的60万元/吨,即便是在当前,钴价依然维持在24万元/吨。这使得电池成本居高不下。

  以A级电动车(紧凑型车,车身长度在4.2米至4.6米之间)为例,动力电池成本基本占到整车成本近一半,其成本若难以进一步下降,在补贴完全退坡之后,将会导致电动汽车生产企业难以正常盈利。

  为应对钴短缺,许多电池制造商早已开始对三元锂电池“增镍降钴”,以期降低成本。

  据悉,部分三元锂电池中含钴比例已从较早的钴酸锂中的59%,降至目前普遍应用的NCM523电池的12%,后又降至NCM811中的7%。而松下、特斯拉等企业更是对外宣称,目前三元锂电池钴含量可降至3%。

  但有分析指出,尽管目前电池的“高镍低钴”趋势满足了企业的降本需求,但另一方面“高镍低钴”可能会导致电池过热,容易引起燃烧,安全性会受到影响。所以,要做到真正的“无钴化”,必须要有一定的技术突破。

  多种路线博弈

  为尽快摆脱资源束缚,降低成本,多家动力电池企业加大力度研发无钴电池。

  今年初,比亚迪推出了基于磷酸铁锂电池的刀片电池,宣称该电池在安全性和电池寿命方面有较大优势。由于磷酸铁锂电池属于“无钴电池”,所以有业内人士认为,比亚迪此举走在了特斯拉“无钴电池”的前面。

  比亚迪方面认为,刀片电池利用形状特点提升了电池包纵向的利用率,缓解磷酸铁锂能量密度先天不足的局限性,再加上无模组技术,PACK层面减少连接件的数量,在成本下降30%的同时,电池能量密度提升50%。

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  图片来源:比亚迪官微

  宁德时代同样选择了基于磷酸铁锂电池发展无钴电池的技术路径。宁德时代推出的CTP(Cell To Pack)技术,通过省去电池模组,对电池包结构优化,从而实现大幅降本。数据显示,宁德时代CTP电池包体积利用率提高15%-20%,零部件数量减少40%,生产效率提升50%。

  LG化学、松下等外资企业目前仍以采用NCM电池为主,但两家公司也正着手研究,通过研发四元电池等方式,尽量减少钴元素的使用量及依赖程度。

  “无论是宁德时代的CTP方案,还是比亚迪的刀片电池,都属于电池结构设计上的改变,本质上还是堆电芯,挤空间,而非材料上的创新。”王子冬在接受《每日经济新闻》记者采访时认为,“早在2003年,第二代丰田普锐斯就将此前的圆柱形镍氢电池改为新型方形镍氢电池,这与比亚迪‘刀片电池’的思路如出一辙。”

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  图片来演:摄图网

  王子冬称:“无钴电池既包括磷酸铁锂和锰酸锂电池,也包括一些新型技术路线,这其中最关键的技术在于用什么可以代替钴在动力电池中的支撑作用。”

  蜂巢能源给出的技术路线,与宁德时代、比亚迪采用的无钴技术路线不同,NMX电池首度被提出。

  “无钴技术中三项技术极为关键,分别为阳离子掺杂技术、单晶技术和纳米网络包覆技术。”杨红新向记者解释,阳离子掺杂技术,通过强化学键稳定氧八面体结构,减少锂镍混排,大幅改善了材料的稳定性,可以在4.3V-4.35V电压下稳定工作,实现能量密度比磷酸铁锂提高40%;单晶技术则可以改善电池的安全性和寿命,电芯寿命可比多晶高镍三元高出70%;纳米网络包覆技术,可以减少正极材料与电解液的副反应,有效改善高电压下的材料循环性能。”

  杨红新告诉记者,为了使无钴材料走到规模化应用阶段,蜂巢能源通过多种复合技术,改善了无钴层状材料的镍锂离子混排问题以及循环寿命的问题。

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  图片来源:每经记者欧阳凯摄

  据了解,蜂巢能源首款无钴电池计划于2021年6月推出并量产,在通用化电芯尺寸设计基础上完成,并搭载245wh/kg的能量密度值;另一款计划于2021年下半年量产的L6薄片无钴长电芯,其搭载的是226Ah容量电池,能量密度值为240wh/kg,在矩阵式PACK设计支持下,可实现880Km的续航里程。

  如果蜂巢能源公布的目标最终得以实现,该公司推出的L6电芯将成为目前全球范围内已公开的动力电池中续航里程最长的一款。

  但围绕无钴电池的竞争远不止上述几种技术路线,还包括石墨烯、氢燃料、全固体电池等多类电池。无钴电池的本质是降低成本,但最终能实现多大的降本比例,现在仍无法判断。

  “现在无钴电池的材料比有钴的还贵,你去买一块宁德时代811的电池,再去买一块该品牌523的电池,一比便知。”王子冬坦言,当前动力电池产业链中存在的问题很多,情况复杂,并不是把钴去掉了,就能马上降低电池成本。

  但新能源汽车未来的发展前景,仍在推动着动力电池企业在“无钴”的研发之路上快马加鞭。根据规划,2025年我国新能源汽车新车销量占比将达到25%。另据预测,2035年全球新能源汽车的市场渗透率将达到50%。这意味着谁率先在“无钴电池”上实现突破,谁将在未来市场中占据红利。

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