隨著新能源汽車的普及,汽車廠商和電池廠對電池去钴化的呼聲也越來越強,但無钴電池的短期內仍難成主流。

中关村新型电池技术创新联盟秘书长于清教专访蜂巢能源总经理杨红新

中關村新型電池技術創新聯盟秘書長于清教專訪蜂巢能源總經理楊紅新(左) 

2019年新能源汽車補貼政策大幅退坡,讓車企和動力電池企業皆受到沖擊,主機廠紛紛進一步壓縮動力電池成本,這對動力電池供應商提出更高的要求。

近年來,作爲電動車锂離子電池的關鍵原料,钴材料由于資源稀缺性,加上不少寡頭礦産公司正在大量囤積钴,價格不斷上漲。根據生意社數據監測顯示,2016年年底至2018年4月間,钴價曾從20萬元/噸一路飙升至逾66萬元/噸最高點。隨後,由于電池廠商降低钴的用量、無钴電池技術路線的提出以及钴産量的上漲,钴價有所回調。但從長期來看,根據國際能源署(IEA)預估,到2020年全球電動汽車數量將由2017年的370萬輛增長至1300萬輛,市場對于钴、锂、銅等金屬的需求可能會增長十倍,剛果(金)新礦業法也可能導致钴生産成本和售價的增加。從能源戰略方面來考慮,钴資源的稀缺性迫使企業降低钴的用量。

隨著新能源汽車的普及,汽車廠商和電池廠對電池去钴化的呼聲也越來越強。目前,一些企業在不斷降低钴在三元锂電池材料配方中的比例,甚至已開始研發無钴電池。

爲了減輕對钴材料的依賴,三星SDI已對锂離電子電池配方進行了微調,目前正在改良技術試圖將钴完全剔除,去年松下也已宣布將研發無钴電池,其預計,該技術將在未來2~3年內在量産車中應用。大衆汽車集團正在系統地減少電池的钴含量,計劃在將來三到五年內將其減少至5%,並致力于最終實現電池無钴化。最近,國內蜂巢能源科技有限公司(下稱“蜂巢能源”)也面向全球首發了無钴材料和四元材料的電芯産品。蜂巢能源方面稱,無钴電池已具備量産條件,計劃將在2020年第三季度實現量産,其性能可以達到NCM811同等水平,電芯BOM成本可以降低約5%。

不過,從目前整個行業的情況來看,無钴電池仍處于研發階段,爲了降低钴含量,國內電池企業大多選擇的是高鎳811的技術路線。包括比克電池、國軒高科、甯德時代、比亞迪等企業,均在高鎳811電池領域展開積極的布局。通過提升鎳的比重,不僅能提升電池能量密度,也降低了钴的含量,從而降低了電池成本,但這種路線仍然難以擺脫對钴的依賴。

而無钴電池的實現可以通過創新研發使钴在三元锂電池材料配方中的比例降至爲零。此外,通過研發富锂錳基材料也可以實現,富锂錳基材料具備工作電壓高和克容量高特點,且成本比三元材料低。目前,富锂錳基材料的用钴量在持續降低,最終可以實現低钴或無钴。遨優動力總經理陳光森認爲,隨著未來高電壓電解液技術的成熟,富锂錳基動力電池將成爲未來高比能锂動力電池的主流産品。

“富锂錳基這種材料成本極低,但是循環壽命是一大問題,而且富锂錳基的正極容量較高,沒有很好的負極材料可以匹配,所以這種材料是全固態電池的理想材料,因爲固態電池可以用金屬負級,配合在一起可以發揮最佳的性能。但是如果把富锂錳基和普通的石墨配到一起,電池容量密度仍然上不去,因爲會受負極制約,仍然有很多的技術問題要解決。”蜂巢能源總經理楊紅新對記者表示。

不過,通過三元锂電池材料衍生出來的無钴電池,其結構穩定性會在一定程度上受到影響。作爲锂電池的重要原料之一,钴能夠明顯提升锂電池的能量密集度。爲了替代钴,電池廠商往往會增加鎳的使用量來提升電池的能量密度。但鎳的使用量增加之後,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。此外,有行業觀點認爲,當钴含量減少後,鎳含量就會相對上升。電池不能有效地冷卻,更易過熱,從而導致自燃。雖然這種風險相對較低,但一旦發生就會引起重大安全問題。此外,低钴配方需要在特殊的幹燥環境中生産,這也需要額外成本。

在楊紅新看來,取消掉钴元素所産生的不是安全問題,而是結構穩定性和循環壽命問題。“因爲钴是化學鍵上穩定結構的,取消钴後結構會發生變化。但是可以通過攙雜其它元素來實現化學鍵的穩定,比如說钛等其他元素。通過實際的測試來看,無钴電池的BSC、熱失控的數值是好于811的,循環壽命也與811處于同一水平。”

楊紅新還談到,引起電動車自燃的原因較爲複雜:一是制造缺陷,電池內部夾有異物,頻繁使用後刺穿隔膜會造成的短路、著火;二是負級離子不斷嵌入、慢慢漲出,突然刺穿也會著火。第一類問題可以通過高度自動化的工廠、控制以及全面在線監測等手段來降低不良率。但第二類問題通過技術手段很難預測,目前仍很難解決。如果這個問題解決了,可以解決很多不明原因的自燃。

“從當前來看,高鎳低钴仍然是主要發展方向,短期內無钴電池仍難成爲主流。無钴電池的研發要以保證安全和質量爲前提,配方比例的改變會帶來一定的挑戰。”業內人士對記者表示。

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[責任編輯:趙卓然]

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