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无钴电池破灭?特斯拉每年采购6000吨钴的背后

北极星储能网  来源:皆电  作者:唐科  2020/7/7 15:09:00  我要投稿  

北极星储能网讯:近日,据外媒CNBC援引业内人士消息,特斯拉计划向全球最大的金属矿商Glencore采购钴原料。按照双方的长期合作协议,Glencore将向特斯拉每年供应6000吨的钴。更有消息称,这些钴将计划用于上海工厂与柏林工厂。

今年2月,路透社报道称,特斯拉将在国产车型中应用无钴电池,随后,特斯拉在短视频平台“故弄玄虚”地回复网友『无钴,不代表一定是磷酸铁锂』,吊足众人胃口。一石激起千层浪,当时钴相关产业的股价大片跌停。

如今,特斯拉大规模采购钴矿,传言似乎不攻自破,至少特斯拉短时间还将依赖“含钴”的电池。

钴是什么?

目前的纯电车主要线路是三元锂电池,主要分为NCM(镍钴锰)和NCA(镍钴铝)两种方案,以特斯拉Model 3为例,目前它采用的是和松下合作研发的21700电池,它本质上也是一种NCA电池,这里的C就代表钴元素。

为什么非要钴不可呢?从目前的材料技术来看,钴是三元锂电池正极中不可或缺的材料,主要起到稳定结构的作用,可以防止电池过热和延长使用寿命,重点是,目前还没有找到钴的完美替代品。

钴金属有两个特点,一是不可再生、二是非常稀缺。根据《矿产利用与保护》期刊的研究,钴在地壳中的含量很低,地壳中钴的平均丰度仅为0.0025%,且地壳中的钴90%呈分散状态。比起大洋锰结核和大洋富钴结壳等大洋底部的矿藏,陆地上的钴含量就更不足了。

钴金属

2019 年,全球已探明的钴矿储量大约700万吨,按照2019年全球14万吨的开采量计算,钴仅剩50年的余量,这与镍、锰、铝等矿产数十亿乃至百亿吨级别的储量相比,少得有点可怜。

除了稀缺性,钴矿的分布也非常集中。刚果、澳大利亚和古巴是全球钴的主要产地,三个国家的钴储量加起来约占全球储量的70%左右。而咱们中国已探明的钴储量为8万吨,仅占全球总储量的1.14%。

为什么都在追求无钴?

一是成本问题,二是资源限制,三是人道主义。

根据有色金属产业咨询机构安泰科的统计,2018年全球钴消费量约为12.6万吨,其中电池行业的用钴量占比60.86%,达到7.8万吨。

2014年的钴价是20万元/吨,到2018年一度冲高到66万元/吨,据上海有色网数据显示,截止今年5月,钴价依旧高达25.3万元/吨。相比之下,正极材料中的镍、铝、锰的价格分别约为10万元/吨、1.3万元/吨、1万元/吨。肉眼可见的成本差距。

考虑到这个问题,特斯拉一直在走降钴路线,其产品中钴的含量确实从2018年的10%不断下降,目前已经到不足3%。但钴在特斯拉的电池中依旧不可或缺。根据电池供应链研究机构Benchmark的计算,现在每辆Model S上需要的钴为11公斤,每辆Model 3所需钴的约4.5公斤。

那么,上面提到的特斯拉将要每年采购6000吨钴,大概是什么概念呢?

去年全球钴的产量为14万吨,特斯拉的采购量大概占全球的4.2%。作为全球最大的钴供应商,Glencore去年的钴产量约4.63万吨,特斯拉每年向其采购6000吨,相当于拿走了其七分之一的年产量。

如果以每辆Model 3所需4.5公斤钴计算,每年这6000吨的钴,将能够满足特斯拉133万辆车的钴量需求。想象一下,如果这133万辆车的实现无钴化,将省下多少成本?

再说资源限制。21世纪能源转型,石油逐渐被电气取代,而随着智能手机、电脑、数码终端等电池设备愈发普及,再加上汽车逐渐电气化,锂电池产业越发重要,各国也开始意识到钴矿的价值。我们前面也说到了,刚果、澳大利亚和古巴是全球钴的主要产地,三个国家的钴储量加起来约占全球储量的70%左右。资源集中的弊端就是容易引发资源争夺。

上世纪7、80年代,美国为了控制波斯湾的石油选择了与伊拉克结盟,而伊朗为了将石油的开采权收归国有,与西方国家、伊拉克展开了历时八年的战争。如果未来纯电动车全球普及后依然离不开钴,那“钴战争”可能一触即发。

最后是人道主义。和很多非洲国家一样,虽然刚果有着丰富的铜、钴、锡、镍矿产资源,但几十年来刚果一直饱受着“资源诅咒”,除了开采业外,刚果其他产业的发展都停滞不前(采矿业占刚果收入80%左右),加上战火洗礼、政权腐败的原因,社会发展近乎停滞。

由于设备落后,为了养家糊口,很多刚果人家倾巢出动参与手工采矿。根据刚果政府估算,目前国内出口的钴中有20%都由手工采矿者开采。其中约有4万名儿童从事采矿工作(2014年数据),有些儿童每天在矿场工作高达12小时,每天只能赚1000~2000刚果法郎(折合4.1~8.2元人民币)。出于人道主义考虑,全球电池产业也在减少对钴的需求。

无钴电池是什么?

基于上述几个原因,全球电池供应商和车企在电池产品研发中,都在尽力降钴甚至是去钴化。目前动力电池两大主流技术路线中,能量密度具备优势的三元锂电池,从NCM111、NCM523、NCM622发展到NCM811,钴的比例在逐步降低;而另一路线磷酸铁锂电池本身不含钴,但能量密度天然存在短板,因此车企试图通过结构创新来进行弥补,例如比亚迪今年推出的刀片结构磷酸铁锂电池。

除上述两种路线之外,今年5月,国内蜂巢能源科技还发布了两款无钴电池,这两款电池将采用镍锰酸锂结构。这一技术其实在20年前就已经有了理论基础,但受限于电解液和循环性能的问题,一直未能产业化。而蜂巢能源通过阳离子掺杂技术、单晶技术、纳米网络化包覆三项关键技术,实现这种电池的规模化应用。

今年蜂巢能源发布的两款产品中,第一款电芯容量为115Ah,能量密度为245wh/kg,在整车端能够实现15年120万公里的质保,计划在2021年6月份推向市场;另一款电芯容量为225Ah,以B级轿车为模型,仿真测得NEDC工况续航里程最高可达880公里。如果它们真的能够实现大规模产业化,或许真的能取代含钴的三元锂电池。

特斯拉到底无钴不无钴?

——2019年2月,特斯拉宣布将以2.18亿美元溢价55%收购Maxwell,后者拥有的干电池电极技术和超级电容器技术,能够提升电池能量密度和简化电池制造工艺。

——2019年10月,据外媒Electrek报道,特斯拉秘密收购了加拿大的电池制造和工程公司Hibar Systems。后者是一家专业生产电池单体设备的公司,在美国、中国均设有工厂。

——2020年5月,特斯拉与韩国韩华集团签订了电池制造机器的订单。再加上近期的采购钴的消息,特斯拉的一系列动作都在指向自主生产电池。

5月22日,特斯拉CEO马斯克在推特上宣布,暂定今年9月15日举行“特斯拉电池日”活动,活动将包括参观电池生产系统。据悉,本次电池日,特斯拉或将带来一款寿命高达百万英里的全新电池。有内部人士透露,这款电池将是特斯拉与宁德时代携手研发。

5月初,宁德时代表示,已经准备好制造一款寿命高达124万英里(约200万公里)的电池,或采用无钴结构,这将是目前三元锂电池寿命的3~5倍。目前还不确定这款电池是否就是将在特斯拉电池日公布的合作项目。

“马斯克告诉我,特斯拉希望自己做电池”,宁德时代董事长曾毓群在2019年度业绩网上说明会上表示,“据我了解,他们的技术路线对我们不会有冲击,双方在共同探讨如何把电池做得更好”。

从市场角度来说,特斯拉一只手要去钴,另一只手又要买钴,这正是马斯克的高明之处,一来一回将谈判的主动权掌握在自己手中。特斯拉要自己产电池估计是没跑了,但是不是“无钴”的呢?我们只能希望特斯拉9月的电池日不要再跳票了。


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