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一条传闻搅动股市,特斯拉的无钴电池真的那么重要?

作者:涂彦平 来源:汽车商业评论杂志 发布时间:2020-02-29 浏览:
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“你们能不能靠点谱,电话会议也开了,深度报告也写了,市场规模也预估了,钴锂的需求增长曲线图形也画好了,个股涨停的架势也拉开了,忽然就不用钴了……”

因为特斯拉被爆出国产车型将使用无钴电池,A股钴业股应声而跌,以致于有人调侃,行业分析师的研报已经赶不上马斯克的变脸了。

1月以来,特斯拉在电池方面频频放出消息,先来看看时间线。

1月15日,据彭博报道,特斯拉正与钴业巨头嘉能可谈判向特斯拉在上海的新电动汽车工厂供应钴的长期合同。

2月11日,据electrek报道,特斯拉正在美国弗里蒙特建造一条电池试点生产线,并自行设计了电池生产设备。该生产线上生产的电池将是特斯拉的第一批自产电池。

2月18日,据路透社报道,特斯拉正在与宁德时代商谈,上海工厂生产的特斯拉将使用无钴电池。

2月18日,据证券时报e公司报道,特斯拉相关人士证实特斯拉将自主研发新电池,预计会在4月份的电池投资人会议上宣布电池成分等具体信息。

2月21日,据彭博报道,特斯拉正与钴业巨头嘉能可谈判向特斯拉在上海的新电动汽车工厂供应钴的长期合同。

一边喊着不用钴,一边又与嘉能可谈判要获得钴的长期合同。一边与宁德时代谈电池供应,一边又透出口风要自己研发新电池。

不得不说,马斯克真是商业谈判的高手。

马斯克早就宣称,要把特斯拉电动车电池中钴的使用量降为零,从而洗掉“带血电池”的名声。不管这是不是商业话术,特斯拉用不用钴都已经成为外界的关注焦点。

那么,特斯拉所谓的无钴电池究竟是什么路数?无钴电池有哪些可能的技术路线?

镍锰材料大有可为

锂离子动力电池正极材料主要有锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、镍钴锰酸锂(NCM)、镍钴铝酸锂(NCA)四类,其中又以镍钴锰酸锂三元体系以及磷酸铁锂最为常见,市场装机量最多。

钴(Co)是三元锂电池正极材料的一种,如果从含不含钴这个维度看,锰酸锂、磷酸铁锂没有钴,自然可以归为无钴电池之列,这也是为什么很多人认为特斯拉所说的无钴电池就是指磷酸铁锂的原因。

还有一种无钴电池是用镍锰材料做电池正极,相当于镍钴锰三元体系去掉钴元素。

深圳新材料公司总经理章成(化名)告诉汽车商业评论,这种无钴化主要有两个方向,即采用尖晶石镍锰材料或层状结构镍锰材料。

不过,两种方案都有需要解决的问题,“如果采用尖晶石镍锰,就要解决电解液的问题;如果是采用层状结构镍锰材料,主要需要解决循环和DCR(直流内阻)的问题。”

他透露,采用层状镍锰低钴或无钴材料今年就会开始批量试用。而采用尖晶石镍锰材料的无钴电池还需要等待合适的电解液。

伊维经济研究院研究部总经理吴辉也告诉汽车商业评论,“尖晶石镍锰酸锂材料的电压平台为4.7V-5V,应用到动力电池上难以找到与其相匹配的高电压电解液。以前国内有公司做过这种方案,但就是还没有匹配的电解液。”

相对完全不用钴,更易实施的方案是逐步降低电池正极材料中的钴含量,研发低钴电池。

镍钴锰三元锂电池,根据按照镍、钴、锰三者用量比例不同,可以细分为111型、523型、622型和811型等。目前NCM811含钴大概6%。如果进一步向高镍化发展,比如做到Ni93(含镍93%)、Ni95,钴的含量自然就更少了。

吴辉表示,目前,SK计划2021年量产Ni90的三元锂电池,国内可能量产的是Ni83,Ni88估计还在开发。

佛山仙湖实验室电池测试中心主任张锐明告诉汽车商业评论,目前在实验室阶段,钴在三元正极材料中的含量已经可以降低至4%以下,甚至完全不含钴的正极材料也已经实现,如NM90等。

他还表示,“多方研究表明,低钴含量掺杂对高镍正极材料的稳定性无明显提升作用,因此,钴元素在高镍材料中并不是必须的。”

无钴或者少钴,还有一些材料值得关注。比如,富锂锰基材料含钴9%左右,而下一代的锂硫电池、锂空气电池都不含钴,前者以硫元素作为电池正极,后者以空气中的氧气作为正极反应物。

为了降低成本,也为了降低对钴金属的依赖,少钴乃至无钴已经是国内外不少电池企业都在进行的一个电池研发方向。

2019年7月,长城汽车旗下子公司蜂巢能源面向全球首次发布了无钴材料电芯产品,预计2020年第三季度实现无钴电芯的商品化量产。

蜂巢的无钴电芯产品通过掺杂技术改进了无钴材料在充放电的可逆性和结构稳定性,具体来说是使用了钛、镍和其他原材料替代钴。

根据蜂巢的研究,无钴材料性能可以达到NCM811同等水平,材料成本降低5%~15%,相应带来的电芯BOM成本可以降低约5%。

可能不只一条技术路线

2018年5月30日,特斯拉电池供应商松下集团高调宣布将研发无钴汽车电池。特斯拉也参与了这一计划,马斯克就曾在推特上称特斯拉的钴使用量将降至零。

特斯拉在2018年第一季度发布的股东信函中曾这样写道:“我们大幅降低了每个电池组的钴含量,同时提高了镍含量并保持了优异的热稳定性”,“我们的NCA(镍钴铝)阴极的钴含量已经低于其他电池生产商用NCM(镍锰钴)811生产的下一代阴极的钴含量”。

而据德国商报Wirtschaftswoche的一份报告,截至2018年,特斯拉成功地将Model 3电池中的钴含量降至2.8%。

特斯拉首款车型Roadster使用的是松下的18650钴酸锂电池,第二款车型Model S、第三款车型Model 3使用的是松下的镍钴铝酸锂电池。特斯拉的这条去钴化的路线很清晰,即通过松下逐步降低镍钴铝正极材料中铝的含量。

不过,特斯拉的无钴电池路线可能不只这一条。尤其在宣布自研电池之后,特斯拉的无钴电池路线看上去又多了一种可能。

2019年,特斯拉先后收购了两家电池制造商。先是5月,特斯拉以估值2.18亿美元收购超级电容和电池制造公司Maxwell。再是10月,特斯拉将加拿大电池制造商Hibar Systems列为子公司,显然已经完成对其的收购。

成立于1965年的Maxwell主要从事生产和销售超级电容器、高压电容器,并专注于研发干电池电极,其产品广泛应用于客车、轨道交通、新能源、工业机械、电子等各个领域。

Maxwell的干电极技术表现出比湿涂层电极更好的放电能力,而且电池的负极和正极不使用溶剂。这种技术具有极高的负载率,可生成厚电极,并可以在不影响物理性能和电化学性能的情况下生产高能量密度电池。

Maxwell表示,他们能将电芯的能量密度提升至300Wh/kg 以上,未来有可能进一步增加至500Wh/kg。

特斯拉自主研发的新电池预计会在4月份的电池投资人会议上宣布电池成分等具体信息,这个新电池很可能是少钴甚至无钴的。

多氟多新能源总经理赵永锋就认为,特斯拉的无钴电池最有可能是采用干电极技术的电池,或利用干电极超级电容作为锂电池的补充。

特斯拉究竟是采用Maxwell的干电极技术,还是使用已经有不少企业采用的镍锰材料,还是有其他武功秘笈,到时候谜底自会揭晓。

别忽视磷酸铁锂

动力电池去钴的一个根本目的是降低原材料成本。那么,去钴一定能够降本吗?中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长王子冬就认为未必,——NCM811的含钴量是比NCM 523少了,却比它还要贵。

所以,除了原料成本,还要看电池的制造成本等其他因素,算账还是要算综合成本。除了去钴,电池企业还有很多其他的方法来降低电池成本。

最近,比亚迪和宁德时代在这方面都取得了新的突破。

比亚迪的刀片电池,可以使普通磷酸铁锂电池包体积比能量密度从251Wh/L提升至332Wh/L,提升比例达30%以上,同时由于单体电池本身可承担机械加强作用,使得电池包的制造工艺简单,制造成本降低。

宁德时代的CTP技术,电池包体积利用率可以提高15%-20%,零部件数量减少40%,生产效率提升50%,电池包能量密度提升10%-15%,可以达到200Wh/kg以上,制造成本也大幅降低。

有分析称,特斯拉与宁德时代谈判即将用到国产特斯拉车型上的电池就是磷酸铁锂。若果真如此,那说明特斯拉很有眼光。特斯拉那么执着于去钴,宁德时代的磷酸铁锂再加上CTP技术,是一个现成的选择。

关键还有,磷酸铁锂电池技术成熟,安全性好,使用寿命长,而且,近些年来性能已经有了很大提高。

2月24日,国轩高科在投资者互动平台上表示,通过在正极材料制备过程中添加特殊添加剂、对PACK工艺技术改进以及电池包设计优化等手段,公司磷酸铁锂电池单体能量密度实验阶段已突破200Wh/kg。

目前国轩高科量产的磷酸铁锂电池,单体能量密度已经突破190Wh/kg,系统能量密度突破140Wh/kg。现在单体能量密度有新的突破,系统能量密度也能随之进一步提高。

国家新能源汽车创新工程项目专家组组长王秉刚向汽车商业评论表示,“实际上到了电池系统这个等级,磷酸铁锂的能量密度跟三元电池的差别就没有那么大。因为三元电池为了提高安全性,要在系统上增加一些设施。”

他认为,很多车并不需要追求很高的能量密度,用磷酸铁锂电池比用三元电池更具有合理性,磷酸铁锂这条路在中国会有非常好的前景。

从2019年工信部发布的几批《新能源汽车推广应用推荐车型目录》可以看出来,搭载磷酸铁锂电池的纯电动乘用车的车型越来越多。

王子冬表示,今年搭载磷酸铁锂的车有可能会更多。他直言,“这是回归理性的做法”,应该安全性、可靠性、成本三者综合平衡下来,合适的情况下再去考虑能量密度,而不应该是首先关注能量密度。

“我觉得特斯拉也是在考虑成本、安全的问题,但是如果它低钴电池不用磷酸铁锂,高镍的安全性实际是有问题的。”王子冬说。

全世界都盯着特斯拉的无钴电池,一条特斯拉使用无钴电池的传闻能搅起股市风雨,但对于动力电池来说,其实,有没有钴并不是多么关键的问题。

关键字:特斯拉 无钴电池

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