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无钴动力电池的最新进展分析

北极星储能网  来源:中国汽车工业信息网  作者:刘倩  2020/5/21 10:03:11  我要投稿  

北极星储能网讯:电池是电动汽车的核心,电池在很大程度上决定了电动汽车的成本能否下降、续航里程能否增加、安全性能否提升。

目前,随着三元锂电池在乘用车的规模应用,金属钴作为三元电池一项关键原材料,因全球矿藏储量有限且集中,“无钴”电池成为一个重要的研究目标。

一、钴元素短缺,价格大幅波动,影响锂离子电池成本控制

锂离子电池正极材料四种主要元素为镍、钴、锰和锂,这其中锰元素储量丰富,价格低廉,对正极材料成本的影响几乎为零,镍元素价格稍高,但是锂离子电池并不是镍的主要用户,根据相关统计数据,锂离子电池正极材料生产消耗的镍仅占全球Ni消费的3%,因此锂离子电池行业不会对全球镍供应链产生大的影响。碳酸锂价格虽然一度因为前期资本炒作出现大涨,但实际上锂资源在全球储量十分丰富,据估计目前仍有60%的锂资源尚未得到勘探和开发,随着各大公司产能增加和大型锂矿的逐渐发现,锂已经出现了供应过剩的苗头。而钴才是真正的小众元素,据估计全球的钴储量仅为700万吨,且分布集中,刚果(金)、澳大利亚和古巴三国储量占据了全球储量的70%,这也就导致了钴资源非常容易被控制和垄断,因此钴价在2017年突破40万元/吨,极大的增加了锂离子电池成本。

随着新能源汽车的爆发,钴价曾在一年中爆炒涨幅超过125%,且价格多次出现沉浮波动,因此钴成为影响动力电池成本稳定性的重要因素之一。

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图 近一年来钴价大幅波动

正是在这样的一个背景下包括特斯拉在内的众多电动汽车企业和动力电池、上游原材料企业都急切的希望在动力电池实现去钴化,以摆脱对钴资源的依赖,有效的降低动力电池成本。

二、多家企业布局“无钴”电池

目前无钴电池的方案可能性有两种:一是磷酸铁锂电池;二是新型无钴材料电池。

1.比亚迪——无钴“刀片电池”

2020年1月11日,比亚迪董事长兼总裁王传福首次公开证实,比亚迪正在开发无钴电池——“刀片电池”将于2020年首次量产。比亚迪推出的“刀片电池”就属于磷酸铁锂电池。

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2.蜂巢科技——薄片式无钴电池

2020年5月18日,蜂巢能源发布的两款无钴电池便属于新型无钴材料电池。

第一款产品是115Ah,能量密度达到245wh/kg;匹配590标准模组,能够搭载到目前大部分新的纯电平台上,这款产品的电池包在整车端,能够实现15年120万公里的质保;这款产品将在2021年6月份推向市场。第二款产品是L6薄片无钴长电芯,容量226Ah, 正在与长城的一款高端车型做适配开发,搭载先进的矩阵式PACK设计,可以实现880公里的续航。这款产品预计在2021年下半年推向市场。

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蜂巢能源的电池技术路线图

从图中可以看到,目前无钴电池的能量密度还是会比三元锂电池低一些,但是在2022年会实现反超。

3.宁德时代——CTP电池

2020年年初,有报道称特斯拉将从宁德时代采购“无钴电池”,将用于国产特斯拉Model3和国产特斯拉Model Y。而这种“无钴电池”也是磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池优势在于安全性和抗衰减能力强,劣势是单位能量密度低。为解决这一不足,宁德时代的TCP电池和比亚迪的“刀片”电池都采用了类似的技术途径,即通过升级工艺,减少电池包零件数量并增加电芯总量,在电池包总质量不变的前提下,提升电池包的能量密度。

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4.国外企业在“无钴电池”领域加强渗透

虽然目前的无钴研发方向有众多不确定性,但在降本的大背景下,少钴乃至无钴已经是国内外不少电池企业都在进行的一个研发方向。

2018年,松下汽车电池业务高管田村健二曾表示,“我们已经在缩减钴在电池制造中的使用;不久的将来,我们将把钴的使用降低到零。”

2019年12月,IBM表示其电池研究实验室可能找到了新方法,能够利用从海水中提取的材料,制造一种不含钴、镍和其它重金属的电池。这种电池不仅拥有高功率密度、高能量密度和出色的能源效率,还具备低易燃性的电解质。为了加速这项技术的商业化,IBM目前已与梅赛德斯·奔驰的电池电解质供应商Central Glass和电池制造商Sidus达成合作。

三、锂电池的发展方向——从高镍低钴到无钴

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,但实现最终的市场化和商业化,最重要的仍是技术和成本问题。


原标题:无钴动力电池的最新进展分析

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