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谁在踏实干事?揭开无钴电池争议背后的真相

作者:万仁美 来源:中国汽车报网 发布时间:2020-07-07 浏览:
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中国储能网讯:近来,动力电池圈很热闹,CTP技术、刀片电池等不断闪亮登场。不过,这几项技术集中于应用层面的改进,动力电池根本性的革新还在于自身材料体系的变化。而无钴电池的概念一经推出,立即引起了大家广泛的兴趣,如果这一概念落地,便是真正的根本性革新。

在我国,把无钴电池炒成热点的是特斯拉,后来,蜂巢能源举办了一场无钴电池发布会,再次吸引了众多目光。然而,近日的一则消息让人们对无钴电池又产生了不少疑问,甚至是争议。6月16日,有媒体爆料称特斯拉从Glencore公司购买钴,交易量可能高达每年6000吨。既然特斯拉将制造无钴电池,又为何购买这么多钴材料?此前宣传的无钴电池难道是噱头?那么,蜂巢能源的无钴电池又是否能够真的落地?

■特斯拉的无钴电池是噱头?

一直以来,特斯拉使用的都是松下提供的三元电池(NCA),其中含有钴元素。在去年的特斯拉财报电话会议上,有分析师向特斯拉创始人、首席执行官马斯克提到,钴等稀有金属价格剧烈变动将影响特斯拉的前景。马斯克当时对此的回应是:可以把钴的使用量降到零。自从那以后,特斯拉将推出无钴电池的概念诞生了,这条信息经过媒体的传播不断得到强化。

2019年5月,特斯拉宣布完成对Maxwell的收购。Maxwell是全球著名的超级电容制造商,在业界看来,特斯拉收购Maxwell并不想用超级电容代替锂电池,而是看中了生产超级电容的干法技术。

超级电容产业联盟理事长、中车新能源总经理陈胜军告诉《中国汽车报》记者,相比于传统锂电池生产方法,使用干电极技术有诸多好处,超级电容不受锂、钴、镍等贵金属资源限制,主要原材料是活性炭,这种物质主要来源于椰壳等自然界生物质通过活化制成。陈胜军还说:“干法工艺可以显著增加极片活性物质的负载量,从而有效提升储能器件能量密度。”

马斯克在财报电话会议上说“可以把钴的使用量降到零”,或许是想通过干法技术摆脱钴元素的束缚。据特斯拉评估,该工艺如果应用于锂离子电池,在现有体系条件下可将锂离子电池能量密度提升10%~30%以上。既不使用钴元素,又能提升电池性能,这是一件两全其美的事情。

事实上,锂电池充放电过程中,从正极脱嵌的锂离子,并没有100%在放电时回到正极,如果可以从正极材料外再寻找到一个锂源,保证正极脱嵌的锂离子不会浪费于化成过程,最终就可以提高电池容量。这个提供外界锂源的过程,就是预锂化。预锂化对于提高动力电池的能量密度和循环寿命有着重要意义。传统湿法工艺需要使用大量的有机溶剂,很难实现预锂化。干法工艺在整个制备过程中没有溶剂参与,因此,在原材料混合阶段就可以添加金属锂。

特斯拉在动力电池领域的动作不止于收购Maxwell。2月3日,宁德时代发布公告称,公司拟与特斯拉及特斯拉(上海)有限公司签订协议。协议中约定,宁德时代将向特斯拉供应锂离子动力电池产品。坊间一直传言,宁德时代将向特斯拉提供磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池中不含有钴元素,有些人又很自然地把特斯拉上海工厂的Model 3将使用磷酸铁锂电池与无钴电池概念联系在一起。

然而,6月16日,有媒体爆出消息称特斯拉从Glencore购买钴,交易量可能高达每年6000吨。特斯拉要推无钴电池,但却又大量购买金属钴,难道特斯拉的无钴电池是噱头?

■特斯拉或许另有所图

“特斯拉收购Maxwell确实想利用超级电容的干法技术提高锂电池的性能”,宝晟(苏州)能源科技有限公司总经理郜明文说,“但这项技术的运用并不是那么容易。”

超级电容的干法技术不仅可以预锂化,还能带来其他很多好处。与传统工艺相比,干法技术省却了涂覆过程中的溶剂添加、干燥蒸发、二次辊压等工序,成本自然大幅度降低,另外,电极切条分边后,未与集流体涂覆的材料仍然可以再次辊压利用,这就减少了材料浪费,提高了材料的利用率,而传统湿法不能如此重复利用。

在干法技术的生产过程中,流水线必须将PTFE(聚四氟乙烯)纤维化,使活性物质与纤维化的PTFE形成网络交联结构,这是成膜前预处理的难点之一。在连续的挤出辊压过程中,预处理后的活性材料仍然是粉体材料,使粉体材料能够形成均匀一致的片状材料,是整个工艺流程中的又一个难点。成型的片状材料机械强度必须高,只有这样才能保证整个工艺流程的连续生产,片状材料还必须表面光亮,这样才能保证均匀性、一致性较好。

特斯拉收购Maxwell已有一年多的时间,估计用干法技术尝试过生产锂电池,或许试验结果不是那么理想,或许达不到量产电池的要求。但与此同时,特斯拉上马锂电池(三元电池)项目已是箭在弦上,不得不发。时间不等人,特斯拉不能等到干法技术真正取得突破才生产锂电池,及早订购钴可以保证自己在未来不处于被动地位,这或许是特斯拉大规模购买金属钴的原因所在。

另外,值得注意的是,自从特斯拉传出无钴电池概念之后,金属钴的价格被打压下去。据金投网信息显示,2019年5月5日,电解钴≥99.8%,价格为263000~278000元/吨。2020年5月20日,电解钴≥99.8%,价格为245000元/吨,大约一年时间,钴价格降低了18000~3000元/吨。如果按照特斯拉与Glencore每年6000吨交易量来估算,特斯拉每年可以省下1.08亿~1.98亿元。这也是很值得玩味的地方。

■蜂巢能源的无钴电池正待接受市场考验

有业内专家告诉《中国汽车报》记者,从动力电池剔除钴元素,理论上讲可行,但实际上做不到。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。二元材料指的是镍锰酸锂,四元材料指镍钴锰铝(NCMA)聚合物。

真锂研究总裁墨柯在接受采访时也认为,目前三元去钴还到不了实用阶段,松下、LG化学等电池巨头还做不到“去钴实用”。

无钴电池难住了特斯拉,那么蜂巢能源开发的无钴电池真正突破了技术限制了吗?对此,记者采访了蜂巢能源的相关人士,该相关人士表示,蜂巢能源近期发布的两款无钴电池完全不含钴元素,这些无钴电池产品通过了一系列的测试,结果显示无钴方案可行。

专家告诉记者,钴在电池材料中起着稳定结构的作用,无钴之后,蜂巢能源的电池依靠什么技术稳定电池材料的结构?蜂巢能源的相关人士表示,主要通过阳离子掺杂和单晶技术。掺杂技术是采用与氧化学键键能高的阳离子掺杂到晶体结构中,这样有利于高电压下脱锂后结构稳定。单晶技术比传统的球形多晶颗粒具有更高的颗粒强度,有利于改善安全性和循环性能。使用纳米网络包覆,这样材料更均匀包覆,减少与电解液的副反应,提升循环寿命。

目前,磷酸铁锂和三元锂电池是市场的主流产品,无钴电池必须具有自己的优势才能被消费者认可。对此,蜂巢能源的相关人士显得非常有信心。他告诉记者,三元电池有更高的能量密度,但安全性相对较差,磷酸铁锂电池安全性相对更好,但能量密度提升比较有限。无钴电池相对磷酸铁锂电池具有高能量密度的优势,相对三元电池具有安全性优势,无钴电池兼具了三元和铁锂电池的优势,为广大客户提供了一个全新的解决方案。

此外,价格和安全是用户能否接受无钴电池的关键因素,无钴电池具有这两方面的优势吗?蜂巢能源的相关人士告诉记者,无钴电池去掉了价格较高的钴元素,相比三元电池成本有显著降低,接近磷酸铁锂电池的成本,只比磷酸铁锂略高一点。

该相关人士进一步表示,之前无钴电池已做过各种测试,结果表明无钴电池的安全性优于三元电池,接近磷酸铁锂电池,例如,无钴电池可以轻松通过150℃热箱试验,而三元电池一般标准下只能达到130℃左右。他透露,蜂巢能源7月将有2吨无钴材料下线。 

关键字:动力电池 无钴电池

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