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去“鈷”降本,三元鋰電池未來發展的重中之重

中國汽車動力電池產業創新聯盟在近日釋出了 2021 年 6 月動力電池月度資料。資料顯示,我國在 6 月份的動力電池產量為 15.2GWh,同比增長了 184.3%,環比增長了 10.2%。另外,我國在 6 月份的動力電池裝車量達到了 11.1GWh,同比上升了 136.2%,環比增長了 13.8%。由此可見,隨著新能源汽車的不斷髮展,我國的汽車市場對動力電池的需求也愈發旺盛。

磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池佔據著 6 月份中國汽車動力電池總產量的 99.6%,有著絕對的市場主導地位。然而,隨著新能源汽車的不斷髮展,消費者對動力電池的需求也在不斷變化。

■磷酸鐵鋰與三元鋰的資料較量

我國在 6 月份的三元鋰電池產量為 7.4GWh,佔總產量的 48.4%,雖然同比增長了 133.6%,但是環比下降了 47.1%。另外,我國在 6 月份的三元鋰電池裝車量為 5.9GWh,同比上升了 98.3%,環比增長了 13.8%。

我國在 6 月份的磷酸鐵鋰電池產量達到了 7.8GWh,佔到了總產量的 51.2%,同比增長高達 256.4%,環比下降了 11.3%。在裝車量方面,6 月份的磷酸鐵鋰電池共計裝車 5.1GWh,同比上升了 206.4%,環比增長了 13.2%。

雖然三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池在 6 月份的產量和裝車量上的差距並不懸殊,但是相比起去年同期的漲幅,磷酸鐵鋰電池的產量增長速度就相當恐怖了。要知道,三元鋰電池在 2020 年的裝車量高達 38.9GWh,佔到了總裝車量的 60% 以上,而磷酸鐵鋰電池當時的裝車量比重還不足 38%。

由此可見,在最近一年的較量中,由於汽車廠商和消費者更加傾向磷酸鐵鋰電池,導致了三元鋰電池的市場地位逐漸開始被磷酸鐵鋰電池侵蝕

。牽制三元鋰電池發展的,正是安全和成本這兩個讓動力電池廠商頗為頭疼的問題。

值得一提的是,隨著消費者近年來對電池安全愈發重視,各大車企已經通過物理結構上的優化推出了能夠滿足“5 分鐘內不起火、不爆炸”這項強制國標的動力電池,這也就意味著目前三元鋰電池的安全問題已經基本得到解決。在安全問題基本得到解決之後,降本就成為了三元鋰電池發展的重中之重。

■鈷,三元鋰電池降本的絆腳石

三元鋰電池之所以會被稱之為三元鋰電池,是因為它的正極材料中包含了鎳、鈷、錳(或者鋁)這三種金屬元素。其中,鎳和鈷都屬於活性金屬,而錳則屬於非活性金屬。鎳和鈷作為活性金屬,前者用於增加電池的體積能量密度,而後者則能夠增加電池迴圈和倍率效能。通常來說,鎳和鈷的含量越高,電池的容量就越大。

然而,過高的鎳含量會加劇陽離子混排,導致電池容量降低。鈷則能夠抑制陽離子的混排,起到穩定材料層狀結構的作用。錳作為非活性金屬,它雖然不參與化學反應,但是卻能起到穩定反應,提高安全性的作用。

由此可見,三元鋰電池的三種正極材料屬於一種相互扶持,同時又相互制約的關係。它們的比例雖然可以進行適當調整,但是電池的“性格”也會隨著這三種元素比例變化而變化。比如說寧德時代的 NCM811、NCM622 以及 NCM528 就是根據不同的客戶需求,調整鎳、鈷、錳的比例研發而來的。

這樣靈活可變的三角關係雖然聽起來很美好,但是一旦某一個環節出了問題,那麼這個平衡就會被打破,導致整個電池正極的化學體系就都會出現問題。如今三元鋰電池的成本問題就出在了鈷元素上。

要知道,即便是在近年來磷酸鐵鋰電池的主要原材料價格上漲的情況下,磷酸鐵鋰截止到目前的價格也僅有 5.4 萬元/噸,而三元鋰電池中的鈷在行情下跌的情況下,價格也依然高達 37 萬元/噸。

都說“物以稀為貴”,而鈷之所以那麼貴,就完全符合這一點。目前鈷的全球已知總儲量不足 800 萬噸,是名副其實的稀有金屬,其中有 450 萬噸的儲量和超過七成的開採量都來自剛果(金)。而剛果(金)是聯合國公佈的世界最不發達的國家之一,由這樣的國家開採出來的鈷無論是在供貨的穩定性還是安全性都難以得到保證。

鈷既是制衡鎳的關鍵元素,又是被三元鋰電池廠商視作“眼中釘”的成本大頭,所以如何在不打破元素平衡的基礎上,通過找到替代品來降低、甚至去除鈷元素就成為了如今動力電池廠商們所關注的課題。

■無鈷電池,中國後來居上

早在 2015 年,松下就已經完成了對無鈷材料的研發,並且實現了無鈷電芯的小批量生產。所以松下可以說是最早擁有電池無鈷化研發能力,並且已經作出了實際成績的公司。而松下作為特斯拉的動力電池供應商,並且雙方又有共同的電池工廠,所以特斯拉有可能成為最先用上松下無鈷電池的車企。

值得一提的是,除了松下之外,國內的動力電池廠商對無鈷電池上的研究也是造詣頗深。其中,蜂巢能源就是表現得最為出眾的一位。截止至 7 月初,蜂巢能源已經批量生產了大約 150 噸無鈷材料,其中有 50 噸已經應用於公司的無鈷電池製造。

根據蜂巢能源材料事業部總經理李子郯對其無鈷電池的描述,蜂巢能源的第一代無鈷電池不但通過了 150° 熱箱、過充、針刺、短路等測試,而且 1C 充放電次數能夠達到 2500 次。蜂巢能源的第一代無鈷電池無論是在安全方面,還是在使用壽命方面都要比 NCM811 三元鋰電池表現得更加優秀。

今年 8 月份,蜂巢能源的第一代無鈷電池將會在國內的某一款車型上進行全球首發,這款車型將會在第四季度上市銷售。這也就意味著,蜂巢能源的無鈷電池很有可能會先於松下一步應用在市場上。

■總結

從民族情懷上來看,小雷發自內心地對蜂巢能源先於松下一步實現無鈷電池的量產應用感到自豪。從行業角度上來看,如果三元鋰電池能夠通過“去鈷”化來實現降本,那麼它就很有可能會再度崛起,完成對磷酸鐵鋰電池的逆襲。