三元鋰電池材料配方迎革命 少鈷成大勢 無鈷很遙遠
日期：2024-11-25 09:49:47 作者：宏力精密鋼管 閱讀數：561近日，日本電池供應商松下宣布，將研發無鈷車用級電池。隨著電動汽車市場持續火爆，其核心部件動力電池也是“水漲船高”，目前的主流電池——三元鋰電池需求量持續增長。作為三元鋰電池的正極材料之一，鈷由于其稀缺性成為戰略性的稀有金屬資源，全球66%的鈷產量都出自政局不穩定的剛果(金)，導致其儲量有限、價格攀升，成為新能源汽車發展的掣肘。因此，汽車廠商以及電池企業都在研發降低鈷在三元鋰電池材料配方中的比例，一些企業甚至已經開始研發無鈷電池，只是目前看來，無鈷化解決方案尚難以實現。
■ 供不應求鈷價上漲
近日，彭博新能源財經(BNEF)發布報告預測，鈷的短缺潮可能會提前到來，這一動力電池最昂貴材料的緊缺將在未來5～10年對電動汽車產業產生較大的影響。數據顯示，剛果(金)的鈷產出占全球鈷礦的2/3，亟待發現新的資源產地。另外，不少寡頭礦產公司正在大量囤積鈷，導致鈷更加難以獲得。
BNEF一位分析師稱：“從目前的情況看，找到新的礦產資源還需要很長時間，如果僅依靠剛果(金)的鈷資源，那么到2020年時很有可能出現鈷供給危機。”寶馬集團表示，正在大力布局電動汽車的汽車制造商都已經意識到供應危機。
值得一提的是，全球最大的新能源汽車市場——中國，市場增速比預期還要快，短時間內將出現一鈷難求的局面。分析師指出，如果鈷的供應量無法穩步提升，鈷價還將急劇上漲，這將對電動汽車市場的發展造成嚴重的影響。數據顯示，自2016年初開始，鈷在英國倫敦交易所的價格增長了270%，今年3月再創歷史新高。電動汽車金屬資源集團主管皮特·迪寧在一封郵件中表示，不管剛果(金)的政局是否會影響鈷的出口，現在的高價已經充分體現出鈷的緊缺性。
當前，松下一直在設法確保其在鈷市場中的穩定供貨，業內人士預測，到2018年松下的鈷用量將達到近8000噸。此外，寶馬、大眾、三星SDI、LG化學等企業也都在尋求穩定的供貨源，此前大眾和寶馬希望與鈷供應商簽訂長期合同，但進展并不順利。中國有色金屬工業協會鈷業分會秘書長徐愛東在日前舉行的中國(青海)鋰產業與動力電池國際高峰論壇上特地談到了終端用戶向上游供應商鎖資源這一話題。她說：“為了鎖住價格，很多企業要同上游供貨商簽訂長達10年的合同，這一行為不太理智，雖然鈷市現在很熱，但是誰都不能保證現在就是低價。一方面價格鎖不住;另一方面，很多鈷礦業加入了‘負責任供應鏈’體系，希望能夠實現鈷行業可持續的礦產采購。”
■ 高鎳低鈷大勢所趨
面對日益增加的成本，全球電池供應商都在想方設法減少鈷在三元電池中的含量，他們更改了電池正極材料的配方比例，將三元電池中鎳鈷錳或者鎳鈷鋁的配比從6:2:2改為8:1:1。中國很多動力電池企業也都在布局高鎳三元電池。高鎳低鈷，一方面是為了提高能量密度，另一方面是為了降低成本。
車企也在抓緊研發先進的技術，使鈷在電池中的含量進一步減少。目前，比亞迪計劃在今年年底前將鎳鈷錳的比例調整至8:1:1，寶馬有望在2021年也采用該配方比例。預計到2020年，該類低鈷電池將占到電動汽車電池總量的7%，到2030年這一比例將增長至57%，從而減少電池原材料對電池總價的影響。
顯然，松下顯得更為激進，希望將鈷在三元電池中的含量降至零。松下汽車電池部門的負責人田村堅表示：“我們已經大大降低了鈷在電池中的含量，鈷在三元電池中的比例已經降到3%，現在我們的目標是實現無鈷化，這項技術已經在研發當中。”作為特斯拉Model 3獨家電池供應商，目前松下在美國內華達州的超級工廠中生產電池。松下汽車業務負責人伊藤吉郎談到，除了在電池技術上盡量減少鈷的用量以外，松下還積極同鈷的供應商進行協商，希望可以簽訂長期穩定的供應合同，“從而使公司避免因原材料價格的飆升而遭遇風險。”
5月初，特斯拉宣布其Model 3安裝的電池已經極大地降低了鈷的含量，與此同時提高了鎳的含量，從而達到了有史以來最高的能量密度，并且實現了超強的耐熱性。日前，特斯拉CEO馬斯克在社交媒介上表示，在特斯拉Model 3的電池中，含鈷量已經降到不到3%。他們將繼續改進技術，爭取在下一代電池中完全拋棄鈷，改變“帶血的電池”的名聲。
■ 無鈷短期內不太可能
除了降低鈷在電池中的比例，對鈷進行回收也是一個解決方案。根據BNEF的報告，目前對鈷的回收率僅為25%～50%，如果可以將所有乘用車電池中的鈷進行回收，那么到2030年，預計每年通過回收鈷的總量將達到10萬公噸。目前，包括三星SDI和寶馬等在內的企業都在積極探索從手機和汽車電池中對鈷進行回收。但無論是降低電池中鈷的含量還是對鈷進行回收，都只能緩解一時的困境，并無法真正解決供應難題。
那么無鈷電池真的可行嗎?作為鋰電池的重要原料之一，鈷能夠明顯提升鋰電池的能量密集度。為了替代鈷，電池廠商往往會增加鎳的使用量，以提升電池的能量密度。但鎳的使用量增加之后，會導致相應的電極材料的結構穩定性降低，進而影響到電池循環壽命和安全性。一些行業人士認為，目前車企和電池供應商只是降低了鈷在三元電池材料中的配比，但目前鈷尚無法替代。
“從鋰電池的技術來講，在鎳鈷錳的比例為8:1:1時，電池能量密度達到300瓦時/公斤已經可以清晰地看到‘天花板’，可能未來10年都無法突破。”寧波杉杉股份有限公司副總裁孫曉東在鋰產業與動力電池國際高峰論壇上如是說。不少業內人士也表示，盡管很多電池供應商都在降低鈷的使用量，但大部分廠商并未實現8:1:1技術路線在量產中的應用，至于無鈷電池的上市時間，恐怕就更為久遠了。
徐愛東對此也表示：“事實上，目前8:1:1三元電池產量不到總體的10%，因為在降成本的同時電池企業也要考慮安全問題。”她認為，從戰略角度來看，高鎳低鈷肯定是發展方向，但短期內鈷還是無法替代。一方面，配方比例改變給電池封裝方式帶來挑戰，而目前鋰電池還是以圓柱封裝方式為主，軟包和方形技術還不成熟;另一方面，電動汽車要降低成本，實現發展，還是要以保證安全和質量為前提。“不能一味追求降成本而倉促上馬。”她說。
■ 中長期鈷價有望趨穩
好消息是，鈷價不會一路高漲。最新數據顯示，從6月1日開始，國內鈷價持續下跌，6月26日鈷的報價為54.26萬元/噸。瘋狂增長了一年多的鈷價，終于迎來了“急剎車”。徐愛東表示，新能源汽車以及動力電池產業的發展對上游材料的拉動很明顯，從去年開始鈷的漲價幅度非常高，已經引起市場極大的關注。但當價格上漲到一定程度以后，供應鏈的調整將會使之趨于穩定。
中國北方車輛研究所動力電池實驗室主任王子冬此前在接受《中國汽車報》記者采訪時表示，鈷價已經開始下跌，表明鈷對汽車電池的影響并沒有那么大，而且三元電池并非“萬金油”，他認為磷酸鐵鋰電池同樣具有良好的發展前景。對此，高工產業研究院院長羅煥塔持相同觀點，他認為：“從第一季度的產量來看，國內三元電池的增長速度達到了63%。但是，正極材料尤其是鈷的價格上漲之后，現在也有很多企業在思考或者嘗試放緩三元材料比例的變動，或者走磷酸鐵鋰路線，現在部分企業已經開始進行這方面的嘗試。”
徐愛東最后指出，隨著三元鋰電池材料的發展，鈷將會迎來消費強度的下降，但總消耗量還是增加的。與鋰、鎳相比，鈷的消費增速會放緩。與此同時，鈷價上漲、供應鏈趨緊導致的高鎳化趨勢，也會對鈷的消費前景和投資產生影響。只要鈷價回到比較適中的價位，還是會刺激其消費增長。總的來說，她認為，隨著電動汽車的普及，電池技術也會出現較大的變化，各方面綜合發揮作用，能夠保持電池產業平穩地發展。