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特斯拉掀起无钴电池风云,是噱头还是可触到的现实?

作者:周小飏 来源:界面新闻 发布时间:2020-05-29 浏览:
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特斯拉CEO埃隆·马斯克(Elon Musk)已经放了电池界两回鸽子了。

受疫情影响,原计划于4月中旬举办的特斯拉“电池日”,已从5月延至了6月。“电池日”是特斯拉在其纽约超级工厂举行的投资人大会,会上将公布过该公司在电池领域的重大进展。

业内最关心的莫过于当天宣布有关电池成分的信息。“电池日”是特斯拉在其纽约超级工厂举行的投资人大会,会上将公布该公司在电池领域的重大进展。

无钴风云

动力电池无钴化,引起了行业地震。从上游的钴原料企业、中游的正极材料厂商,到下游的三元电池公司。

路透社2月18日报道称,特斯拉正与宁德时代商谈,将在上海工厂生产的电动汽车使用无钴电池。

翌日收盘,在刚果(金)拥有钴矿的中国钴业巨头寒锐钴业(300618.SZ)、华友钴业(603799.SH)跌停,洛阳钼业(603993.SH)跌9.9%。

全球最大钴业巨头嘉能可的股价在2月19日小涨至232便士后震荡下跌,3月23日的股价已对半腰斩至112.5便士。随后始终未回到200便士以上。

据彭博社报道,特斯拉与嘉能可在商谈长期合同,为上海工厂供应钴。

2019年,特斯拉进入中国,用11个月在上海建立了超级工厂,特斯拉Model 3由此开始国产化。松下、LG化学和宁德时代(300750.SZ),是特斯拉在中国市场的电池供货商。

一边要钴,一边去钴。多位业界人士对界面新闻谈及此事时认为,这正是马斯克的高明之处,一直将谈判的主动权掌握在自己手中。

马斯克“要钴”,是因为现在的三元电池生产还离不开钴,“去钴”是由于想要降低电池成本。

电池作为新能源汽车的“心脏”,约占整车成本的三到四成。

三元锂电池和磷酸铁锂电池,是目前电动汽车最常用的两种锂离子动力电池。前者能量密度高,续航能力强;后者安全性好,成本低。

作为三元电池正极材料中最昂贵的“一元”,钴的作用主要是稳定材料层状结构、提高材料循环和倍率性能。因为钴的使用,正极材料超过三元电池成本的40%。

目前,全球近七成的钴供应来自刚果(金),每吨钴的价格高于3万美元。

钴的稀缺性、刚果(金)政策的不稳定性,以及头部企业的限产保价政策,都会卡住新能源车企和电池企业的脖子。

西南证券的研报显示,低钴或无钴的三元电池量产后,成本可降低30%。

三元电池无钴化,是车企和电池企业的共同目标。

马斯克此前称,特斯拉将继续改进技术,争取在下一代电池中完全抛弃钴,改变“带血的电池”的名声——刚果(金)允许使用儿童非法采挖钴的行为。

松下是少数采用NCA技术路线的全球电池巨头。该技术是高镍低钴的代表,含钴量约5%。

代表高镍低钴方向的还有NCM811电池,含钴量约7%;普遍应用的NCM523电池,含钴量则约12%。

根据正极材料聚合物元素的不同,市场上的三元电池分为NCA和NCM电池。NCA代表正极材料使用镍钴铝酸锂,NCM使用的是镍钴锰酸锂,“523”、“811”代表镍钴锰三种元素的配比。

5月11日,宁德时代董事长曾毓群在网络业绩说明会上称,宁德时代有自己的无钴电池技术储备,目前研发进展顺利,“是一个全新的、颠覆性的产品”。

谁在去钴中收益?

在这场去钴运动中,磷酸铁锂电池成为最大受益方之一。

在特斯拉和宁德时代商量使用无钴电池的第二日,磷酸铁锂电池板块股票湘潭电化(002125.SZ)、德方纳米(300769.SZ)、合纵科技(300477.SZ)录得涨停。

国内生产磷酸铁锂电池的企业包括比亚迪(002594.SZ)、国轩高科(002074.SZ)、宁德时代等。

磷酸铁锂正极材料中不含钴,成本只占电池总成本的不到15%。

信达证券的数据显示,三元电池NCM523的总度电成本为724.91元/kWh,较磷酸铁锂电池的612.4元/kWh高出18.4%。

但巨头们现在讨论的无钴电池,并不是在市场上应用成熟的磷酸铁锂电池。

磷酸铁锂电池虽然稳定且便宜,但其能量密度低,若安装在汽车上,重量几乎比三元电池多出一个成年人。

这意味着,它的续航里程差强人意。市面上使用磷酸铁锂电池的电动车,续航里程约为200公里。

这显然无法与三元电池400多公里的续航能力相提并论。

再加上中国政府对装载三元电池新能源电动车的补贴,磷酸铁锂的市场空间,从电动车发展初期的绝对主流,被压缩到现在只占国内市场的不足三成。

为解决这一痛点,电池企业开始研发新技术,以增加磷酸铁锂电动车的续航能力。比亚迪推出刀片电池,宁德时代研发了CTP(cell to pack,无模组动力电池包)技术。

在国家级某重点材料研究单位任职的沈浩看来,这些方法是通过优化电芯尺寸、简化系统和模组等减重方式,以提高磷酸铁锂电池的能量密度。

“但这并没有改变电池的电化学体系。”沈浩对界面新闻记者说,行业更关注的,仍是三元材料如何去钴。

无钴做得到吗

三元材料基础上的无钴电池,到底是什么样的?

某高校重点材料实验室教授任原对界面新闻记者称,从理论上看,三元材料的无钴化可以实现。

“无钴化后,材料的组分会发生很大改变,正极材料也许会变成二元或四元材料,但基本结构仍然不变。”任原对界面新闻称。

二元材料指的是镍锰酸锂,四元材料指镍钴锰铝(NCMA)聚合物。三元材料镍钴锰(NCM)去掉钴,即变成了二元材料镍锰酸锂。

真锂研究总裁墨柯对界面新闻记者说,正极材料技术进步有两大方向:一是高电压化,二是高容量化。

“尖晶石结构的镍锰酸锂,属于5伏级高电压方向。“墨柯称,对比目前3.7伏级的三元材料,由于电压增加,电量也相应增加。

但墨柯认为,镍锰酸锂二元材料最大的问题是,找不到与之匹配的电解液体系。

“现有的电解液体系会被分解,电池会失效。”墨柯说。

前身为长城汽车动力电池事业部的蜂巢科技,在5月18日称,推出了薄片式无钴电池。

它用层状材料镍锰酸锂,代替了三元电池正极材料商用的钴酸锂。

墨柯称,层状镍锰酸锂属于高容量方向,是在层状镍钴锰(NCM)酸锂的基础上去钴。

但墨柯认为,目前三元去钴还到不了实用阶段,连松下、LG化学等最强的电池巨头尚做不到“去钴实用”。

前述正极材料企业高管称,无钴电池的说法并不准确,“无钴化”电池只是一个研究方向。

该人士称,目前特斯拉电池厂的正极材料含钴量并不低,约为6%-7%。

“特斯拉希望下一代三元电池的含钴量不超过3%甚至降为零。”该高管称,但即使是低钴的三元电池,要实现大规模商用,最快也要两三年后。

任原亦表示,无钴化材料能否在电动车上得到规模化应用,还需要更多数据才能下结论。

与业内传闻相比,相关企业的产业布局,更能反映市场真貌。

中国钴业三巨头目前并未对各自的钴板块作出调整。

钴业占营收七成以上的寒锐钴业,在4月8日的网络业绩说明会上称,短期内,三元锂电池依然是动力电池的主流技术方向之一,公司将始终立足于钴产品主业。

“随着新能源汽车渗透率的不断提高,即使在三元电池低钴化的背景下,预计新能源汽车对钴的需求仍将增加。”寒锐钴业董秘、副总经理陶凯称。

更多企业将探索转向了高容量材料。

前述正极材料高管认为,高镍低钴是三元电池未来的一个实操方向。

任原也认为,采用高镍材料是业界比较认可的提升电池能量密度的技术路线之一。

LG化学、宁德时代、比亚迪、国轩高科、格林美等企业,均在布局镍钴锰铝(NCMA)电池材料。

这一四元正极材料的原理是,在镍钴锰正极聚合物里加入铝元素,抑制高镍的不稳定性,三元变为四元材料,逐渐实现低钴化。

钴业巨头之一的华友钴业,也已在印尼投资了镍金属和正极材料项目,其6万吨的镍金属项目有望今年投产。

此外,电池企业也在将三元电池向高镍低钴的NCM622、NCM811配比产品转变。

宁德时代称,NCM811电池出货量已占其总出货量的20%。

新时代证券的研究报告认为,相比普通三元材料,高镍三元材料有三大壁垒:在前驱体制备、 正极材料烧结和生产环境方面要求相对苛刻;高镍三元材料进入电池厂商的技术门槛、认证时间以及认证难度都在提升;要对正极材料进行掺杂改性以及表面包覆处理,且需要适合的高镍电解液进行匹配。

据界面新闻记者了解,从单吨总成本看,NCM811电池的成本,比NCM523电池高出2万元,且前者的加工工序更为繁杂。

任原还表示,三元材料中,提高镍的含量,会降低循环的稳定性,安全性风险会加大。

“高镍材料的电池循环稳定性,可以通过优化材料结构、表面包覆等手段实现,安全性可以通过开发配套的不燃电解质、优化电池结构、添加过充保护、优化热管理系统等方式提升。”任洁称,但这些技术较为复杂,实现高镍材料的大规模应用,还需要学术界和企业界共同努力。

这意味着,目前商用的三元电池仍离不开钴。

至于特斯拉会在电池日上曝出什么大新闻,业界只能根据马斯克此前的只言片语作出猜想。

美国电动汽车新闻网站Electrekc称,特斯拉很可能在电池日上公布其“路跑者”(Roadrunner)自主电池项目,该项目以降低电动汽车的生产成本为目的;特斯拉也可能推出装着新电池的Model S车型,以及宣布将在哪些工厂生产新电池。

墨柯则对界面新闻记者表示,特斯拉可能在电池日上公布三件事:和松下联合开发电池的进展情况;宣布将使用磷酸铁锂电池,或者使用宁德时代的NCM523 CTP电池技术;宣布最新的干电极技术。

“没人能猜到马斯克下一秒又会酝酿什么变化,天才都是这样的,像乔布斯也是。”一位特斯拉的粉丝在马斯克的推特上留言道。

(应采访对象要求,文中沈浩、任原为化名)

关键字:动力电池

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