三元锂电池夺回市场的必经之路——去“钴”降本!

中国汽车动力电池产业创新联盟在近日发布了2021年6月动力电池月度数据。数据显示,我国在6月份的动力电池产量为15.2GWh,同比增长了184.3%,环比增长了10.2%。另外,我国在6月份的动力电池装车量达到了11.1GWh,同比上升了136.2%,环比增长了13.8%。由此可见,随着新能源汽车的不断发展,我国的汽车市场对动力电池的需求也愈发旺盛。

 

image.png


磷酸铁锂电池与三元锂电池占据着6月份中国汽车动力电池总产量的99.6%,有着绝对的市场主导地位。然而,随着新能源汽车的不断发展,消费者对动力电池的需求也在不断变化。

 

磷酸铁锂与三元锂的数据较量

 

我国在6月份的三元锂电池产量为7.4GWh,占总产量的48.4%,虽然同比增长了133.6%,但是环比下降了47.1%。另外,我国在6月份的三元锂电池装车量为5.9GWh,同比上升了98.3%,环比增长了13.8%。

 

我国在6月份的磷酸铁锂电池产量达到了7.8GWh,占到了总产量的51.2%,同比增长高达256.4%,环比下降了11.3%。在装车量方面,6月份的磷酸铁锂电池共计装车5.1GWh,同比上升了206.4%,环比增长了13.2%。

 

image.png


虽然三元锂电池与磷酸铁锂电池在6月份的产量和装车量上的差距并不悬殊,但是相比起去年同期的涨幅,磷酸铁锂电池的产量增长速度就相当恐怖了。要知道,三元锂电池在2020年的装车量高达38.9GWh,占到了总装车量的60%以上,而磷酸铁锂电池当时的装车量比重还不足38%。

 

由此可见,在最近一年的较量中,由于汽车厂商和消费者更加倾向磷酸铁锂电池,导致了三元锂电池的市场地位逐渐开始被磷酸铁锂电池侵蚀。牵制三元锂电池发展的,正是安全和成本这两个让动力电池厂商颇为头疼的问题。

 

值得一提的是,随着消费者近年来对电池安全愈发重视,各大车企已经通过物理结构上的优化推出了能够满足“5分钟内不起火、不爆炸”这项强制国标的动力电池,这也就意味着目前三元锂电池的安全问题已经基本得到解决。在安全问题基本得到解决之后,降本就成为了三元锂电池发展的重中之重。

 

钴,三元锂电池降本的绊脚石

 

三元锂电池之所以会被称之为三元锂电池,是因为它的正极材料中包含了镍、钴、锰(或者铝)这三种金属元素。其中,镍和钴都属于活性金属,而锰则属于非活性金属。镍和钴作为活性金属,前者用于增加电池的体积能量密度,而后者则能够增加电池循环和倍率性能。通常来说,镍和钴的含量越高,电池的容量就越大。

 

然而,过高的镍含量会加剧阳离子混排,导致电池容量降低。钴则能够抑制阳离子的混排,起到稳定材料层状结构的作用。锰作为非活性金属,它虽然不参与化学反应,但是却能起到稳定反应,提高安全性的作用。

 

image.png


由此可见,三元锂电池的三种正极材料属于一种相互扶持,同时又相互制约的关系。它们的比例虽然可以进行适当调整,但是电池的“性格”也会随着这三种元素比例变化而变化。比如说宁德时代的NCM811、NCM622以及NCM528就是根据不同的客户需求,调整镍、钴、锰的比例研发而来的。

 

这样灵活可变的三角关系虽然听起来很美好,但是一旦某一个环节出了问题,那么这个平衡就会被打破,导致整个电池正极的化学体系就都会出现问题。如今三元锂电池的成本问题就出在了钴元素上。

 

要知道,即便是在近年来磷酸铁锂电池的主要原材料价格上涨的情况下,磷酸铁锂截止到目前的价格也仅有5.4万元/吨,而三元锂电池中的钴在行情下跌的情况下,价格也依然高达37万元/吨。

 

image.png

 

都说“物以稀为贵”,而钴之所以那么贵,就完全符合这一点。目前钴的全球已知总储量不足800万吨,是名副其实的稀有金属,其中有450万吨的储量和超过七成的开采量都来自刚果(金)。而刚果(金)是联合国公布的世界最不发达的国家之一,由这样的国家开采出来的钴无论是在供货的稳定性还是安全性都难以得到保证。

 

钴既是制衡镍的关键元素,又是被三元锂电池厂商视作“眼中钉”的成本大头,所以如何在不打破元素平衡的基础上,通过找到替代品来降低、甚至去除钴元素就成为了如今动力电池厂商们所关注的课题。

 

无钴电池,中国后来居上

 

早在2015年,松下就已经完成了对无钴材料的研发,并且实现了无钴电芯的小批量生产。所以松下可以说是最早拥有电池无钴化研发能力,并且已经作出了实际成绩的公司。而松下作为特斯拉的动力电池供应商,并且双方又有共同的电池工厂,所以特斯拉有可能成为最先用上松下无钴电池的车企。

 

值得一提的是,除了松下之外,国内的动力电池厂商对无钴电池上的研究也是造诣颇深。其中,蜂巢能源就是表现得最为出众的一位。截止至7月初,蜂巢能源已经批量生产了大约150吨无钴材料,其中有50吨已经应用于公司的无钴电池制造。

 

image.png


根据蜂巢能源材料事业部总经理李子郯对其无钴电池的描述,蜂巢能源的第一代无钴电池不但通过了150°热箱、过充、针刺、短路等测试,而且1C充放电次数能够达到2500次。蜂巢能源的第一代无钴电池无论是在安全方面,还是在使用寿命方面都要比NCM811三元锂电池表现得更加优秀。

 

今年8月份,蜂巢能源的第一代无钴电池将会在国内的某一款车型上进行全球首发,这款车型将会在第四季度上市销售。这也就意味着,蜂巢能源的无钴电池很有可能会先于松下一步应用在市场上。

 

总结

 

从民族情怀上来看,小雷发自内心地对蜂巢能源先于松下一步实现无钴电池的量产应用感到自豪。从行业角度上来看,如果三元锂电池能够通过“去钴”化来实现降本,那么它就很有可能会再度崛起,完成对磷酸铁锂电池的逆袭。

 

注:本文素材来源于网络