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动力电池无钴化风口已至

2021-11-16 来源:盐城机械信息网

动力电池“无钴化”风口已至

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。

市场催生电池无钴化

目前来看,新能源汽车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。

成本问题一直是新能源汽车市场发展的绊脚石,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,新能源汽车补贴退坡,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新能源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、松下电池、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。

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。

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。盖世汽车

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