2019年磷酸鐵鋰電池占整個電池裝機量的比例不足5%,可到2021年7月,該比例已經(jīng)提升到了30%。不僅是不同正極材料體系的變化,即便三元材料體系本身,也經(jīng)歷了從5系絕對地位到8系、5系、6系分立的轉(zhuǎn)變。
即使是現(xiàn)在,雖然頭部企業(yè)已現(xiàn),但關于電池路線的研究從來都不是一成不變。
寧德時代鈉離子電池、蜂巢無鈷電池、輝能、衛(wèi)藍等固態(tài)電池,電池企業(yè)都在針對市場需求布局更多樣化的技術(shù)路線。而在新能源汽車市場還未完全放量,形成穩(wěn)定供應格局的大背景下,每一種技術(shù)路線,都有可能成為車企未來新的選擇。
最先被炒成熱點并且被很多電池企業(yè)帶進實驗室的,當屬少鈷、無鈷電池。
從少鈷到無鈷的實驗
關于無鈷電池的研究,電池企業(yè)選擇從少鈷入手。
LG化學遵循去鈷提鎳研發(fā)思路,將NCM和NCA摻雜而成四元鋰電池,正極材料鎳含量約為85%,鈷、錳、鋁的含量皆為5%,減少鈷用量的同時添加鋁提高安全性、增加材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
將鋁摻雜到原始NCM電池正極材料中,相較于811體系,除了小幅降低鈷的用量,還提升了鎳和鋁的用量,降本空間有限。
韓媒報道LG化學NCMA電池7月份會用到特斯拉在中國的車型上,9月份通用汽車也將開始使用,不過是否會大規(guī)模應用暫時未知。
“少鈷”只是通向“無鈷”的一個過程。
但是目前無鈷電池相關的項目,像松下的無鈷電池、萬向123的無鈷高鎳正極材料電池正極片、容百科技尖晶石型單晶無鈷高電壓鎳錳酸鋰正極材料,基本上都是處于實驗室或者專利公示階段,還沒走到量產(chǎn)階段。
比“無鈷”更加激進的技術(shù)路線,是寧德時代21C實驗室提出來的“無鈷無鎳”電池,不同于現(xiàn)有的NCA、NCM和LFP電池,完全去掉“鎳”和“鈷”的鋰電池。
雖然從資源的角度看,在保證電池性能的前提下,鈷和鎳能去掉肯定是最理想狀態(tài),但是同時去掉兩種材料隨之而來問題肯定會更多,而解決這些問題的過程,需要耗費大量的時間、人力、物力,目前該項目還在實驗室階段。
從少鈷到無鈷,再到無鈷無鎳,每一步注定會艱難前行,但是誰走出第一步可能就是這個行業(yè)的風向標。
蜂巢能源從NCMA少鈷電池,再到成都車展上宣布無鈷電池落地歐拉櫻桃貓,將“去鈷去鎳”的終極目標又往前推進了一步。
蜂巢能源無鈷電池走出實驗室 落地歐拉櫻桃貓
櫻桃貓是長城歐拉品牌旗下首款純電SUV,尺寸4510×1855×1665mm,軸距2710mm。
據(jù)蜂巢能源官方消息,櫻桃貓將搭載蜂巢能源82.5kWh無鈷電池包,常溫工況續(xù)航里程600km以上。
由蜂巢能源供應115Ah無鈷電芯,正極采用無鈷鎳錳酸鋰單晶材料,系統(tǒng)能量密度170Wh/kg。
未來無鈷電池材料將在常州工廠生產(chǎn),規(guī)劃年產(chǎn)量2萬噸,一期5000噸產(chǎn)線已建成投產(chǎn);無鈷電芯主要在馬鞍山基地生產(chǎn),未來規(guī)劃年產(chǎn)能超過10GWh。
按照蜂巢能源的規(guī)劃,無鈷電池未來可以覆蓋A00—B+車型,續(xù)航400—800+km。
除了是第一家將無鈷電池落地的企業(yè),蜂巢能源推出世界首款單晶無鈷正極材料,突破了基礎研發(fā)的壟斷現(xiàn)狀,這是整個行業(yè)前進過程中非常重要的一步。
此外,蜂巢能源還建立起了關于無鈷電池專利的核心壁壘,針對正極材料、電芯、模組PACK進行全方位的專利布局和保護,截至2021年8月底,蜂巢能源關于無鈷電池國內(nèi)專利申請共超過69項,國際專利申請超過46項。
同時,蜂巢能源也表示,后續(xù)也會從以下幾個方面建立起更加堅固的專利壁壘:
嘗試采用其他金屬元素摻雜、替代鈷金屬以及包覆改性無鈷正極材料,提升無鈷電池的容量和充放電倍率性能;
優(yōu)化材料晶體結(jié)構(gòu)提升無鈷正極材料性能;
對傳統(tǒng)的尖晶石錳酸鋰材料、磷酸鐵鋰、層狀鈷酸鋰材料進行摻雜和改性,或者將多種不同微觀結(jié)構(gòu)的正極材料混合使用進一步提升正極材料綜合充放電性能;
從電芯層面(疊片長電芯)、從pack模組層面(長電芯pack模組)、從系統(tǒng)設計層面(不同材料類型電芯混用)綜合提升電池包的能量密度和倍率性能。
蜂巢能相關負責人曾在采訪中表示,無鈷電池還有抗過充和熱穩(wěn)定性的天然優(yōu)勢,理論能量密度可以與三元材料持平。此外,無鈷材料合成工藝與常規(guī)三元的合成可以共線生產(chǎn),加上去掉“鈷”元素,降本空間也很可觀。
應用落地、產(chǎn)能布局、專利壁壘、性能及成本優(yōu)勢,助力無鈷電池邁上新臺階。
但是,開局之后,無鈷電池能搶占多大的市場?這個關系到整個無鈷電池市場未來的空間,以及蜂巢能源如何能在其中找到更多的客戶。
從“鈷”的稀缺度到主機廠的接受度 無鈷電池的機會究竟有多大?
“鈷”在全球存儲量越有限,意味著被替代的可能性越大。而這,正是無鈷電池發(fā)展的機遇。
美國地質(zhì)調(diào)查局數(shù)據(jù)顯示,已探明的鈷礦儲量710萬噸,按照14萬噸年開采量估算,可開采年限約為50年。一旦開采量需求增長,可開采年限也會相應減少。
“鈷”整體量的限制,加上分布不均勻,中國電池企業(yè)很有可能會因此卡脖子。
而且,超過70%的鈷資源分布在剛果金、澳大利亞兩個國家,整個“鈷”資源的分布基本上都在國外,而且這些國家針對“鈷”的出口,從提價、收稅到推出禁令,政策上一變再變。
從國家層面來看,如果要徹底完成電動化轉(zhuǎn)型,要么對“鈷”等核心資源進行掌控,要么發(fā)展可替代產(chǎn)品。目前來看,后者可能性更大。
而且今年受疫情的不可抗因素影響,全球電池材料都在漲價。
這些可控和不可控的因素,都從一定程度上限制著電池行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展,“去鈷”已經(jīng)迫在眉睫。
落地到電池企業(yè)的生產(chǎn)上,對“鈷”比較明顯的感知是價格。
中國本土“鈷”資源的占比只有1%左右,大約7.1萬噸,但是2014年至2020年中國鈷的產(chǎn)量合計就達到了3.25萬噸。而且近幾年中國鈷的產(chǎn)量逐漸下滑,進口的比例逐漸增加,使得電池企業(yè)得到“鈷”的成本越來越高。
“鈷”價格的居高不下,與動力電池企業(yè)降本的大方向背道而馳,所以很多電池企業(yè)也開始在鎳礦、鈷礦上投資,但這畢竟是體量大、融資能力強、背景強勁的公司能玩轉(zhuǎn)的方式,很多市場規(guī)模還沒完全擴張的公司,本來在電池生產(chǎn)上已經(jīng)自顧不暇,上游材料資源的掌控更加艱難。
出于資源限制、成本控制這兩大因素的考量,“無鈷”肯定是終極目標。以此倒推,目前市面上的三元電池未來很有可能是要替換的對象。
“無鈷”電池在解決電解液材料適配、正極材料缺鈷造成的鎳鋰混排以及對循環(huán)壽命的影響等等問題的基礎上,還需要和主機廠建立聯(lián)系,主機廠對無鈷電池的接受度,一定程度上決定著無鈷電池能走多遠。
針對這一問題,NE時代采訪了業(yè)內(nèi)人士,以此來了解主機廠究竟是如何看“無鈷”電池的。
整體采訪下來,主機廠首先比較認可“無鈷”作為未來的方向,目前也有很多電池企業(yè)在布局,但是未解決的問題也非常多。作為主機廠,雖然在電池技術(shù)路線上有偏好,但是不排斥任何的技術(shù)路線,前提是滿足主機廠對于安全的核心訴求下,平衡成本、續(xù)航、長壽命等等因素,綜合考量的結(jié)果。
隨著搭載無鈷電池的整車面世,無鈷材料各項性能得到用戶認可之后,才有更多的友商和上下游企業(yè)加入該技術(shù)路線,行業(yè)協(xié)同效應就會顯現(xiàn),大規(guī)模應用也就有了可能。
未來很遠,但來日可期。
(責任編輯:子蕊)