“无钴电池”风口将至 谁将成为大赢家?

近年来,在国家相关政策的扶持下,国内新能源乘用车市场迎来了前所未有的高速发展,特别是纯电动乘用车,市场份额已从2014年的0.2%蹿升至2019年的近4%。纯电动乘用车市场的蓬勃发展,拉动了新能源汽车中上游产业链的进步。特别是其中占据整车成本超四成的动力电池产业,近年来的发展同样迅猛。从纯电动汽车的发展趋势来看,所有的技术路线,都是围绕着动力电池的进步而展开的。

进入2020年,动力电池行业在经历了疫情危机后,再次变得热闹起来。从年初特斯拉牵手宁德时代,到其放风将研发无钴电池,再到宁德时代与比亚迪就刀片电池隔空“互怼”,以及广汽新能源宣布石墨烯电池取得了突破。然而,最劲的风头却被一直默默无闻的蜂巢能源科技有限公司(以下简称“蜂巢能源”)抢走。其率先宣布推出NMX无钴电池,成为全球第一家成功研发出无钴电池的企业,而“无钴化”也再次成为动力电池领域最炙手可热的话题。

高成本倒逼动力电池技术升级

资料图片(来源于网络)

提到“无钴电池”,相信很多朋友都会一脑门问号,这个我们要先从三元锂电池谈起。三元锂电池即“三元聚合物锂电池”,其核心组成部分为正负极、隔膜和电解液。其中主要分为以镍钴锰酸锂(NCM)或镍钴铝酸锂(NCA)为正极材料的两种结构,负极材料为石墨,正负极之间有多孔材质的隔膜进行隔离,依靠锂离子穿越隔膜在正负极之间游走而产生电流,从而实现电池的充放电。目前国内车企大部分使用的是镍钴锰电池,而特斯拉使用的则是镍钴铝电池,后者可以实现更高的电池能量密度,但工艺要求高,因而成本要更高,且镍钴铝的晶体结构不如镍钴锰稳定,存在发生热失控的隐患。

过去几年,在国家政策的鼓励引导下,纯电动汽车开始向高能量密度、高续航发展方向转变,为拿到国家的高额“补贴”,更多主机厂选择三元锂电池来取代磷酸铁锂电池。据统计,2019年三元锂电池装车量40.5GWh,超过同期磷酸铁锂电池一倍,占总装车量的65.2%,而据EVTank最新数据显示,今年前四月国内三元锂电池装机量占比已提升至72.9%,市场地位已非常稳固。

或许大家已经注意到了,这两种不同结构的锂电池,其中都包含了钴元素,它在三元聚合物中起到一个维持基础结构稳定,以及提高材料的循环和倍率性能、降低电芯内阻等重要作用。既然“钴”的作用这么大,那么为何近几年电池企业都在追求“无钴化”?答案其实很简单粗暴,因为钴的全球储量有限,且价格昂贵。

据统计,2019年全球钴矿储量在700万吨左右,其中有一半以上在刚果(金),而由于当地的政局长期处于不稳定状态,导致钴矿出口存在极大不确定性。另外,全球范围内新能源汽车的高速发展,再加上目前5G手机普及度的提升,对于钴的需求量日益加大,预计2026年以后,钴就将供不应求。从而也导致其价格进一步水涨船高,居高不下。

事实上,早在2018年松下就宣布正在开发无钴动力电池,而特斯拉CEO马斯克也于同年在其社交媒体上表示特斯拉对于钴的使用量将从3%降至0。而到了2019年,国内新能源汽车补贴政策发生改变,补贴退坡的大势已无可避免,这就意味着车企造车成本有所增加,国内电池企业压力倍增。据权威机构测算,如果三元锂电池实现“无钴化”,电芯成本将下降10-15%,种种因素叠加,让动力电池“无钴化”再次提升至电池企业的战略层面。

“无钴化”大势所趋 行业巨头积极布局

比亚迪刀片电池

目前,舆论对于“无钴电池”的概念意见并不统一,有观点认为无钴电池指的并非本身就不含钴的电池,如磷酸铁锂电池等,而是钴被取代后的三元锂电池;当然也有观点与之相反,认为既然叫“无钴电池”,那只要是不含钴的电池,都可以这么来定义,从字面意思上去解读,确实也挑不出毛病。虽然解读各有所指,但其核心思想是一致的,在保证动力电池各方面性能的同时,降低生产成本。降钴、去钴目前已成为实现全固态电池行业的发展方向。

今年年初,比亚迪再次回归了磷酸铁锂电池技术路线,推出了基于自家GCTP技术和磷酸铁锂电芯研发出来的“刀片电池”,其体积能量密度相比传统铁电池提升了50%,与主流三元锂电池持平,同时成本下降了30%,更重要的是,“刀片电池”安全性也远高于三元锂电池,这一点从之前网络热议的“针刺试验”便可见一斑。国内电池领域的另一巨头,宁德时代同样选择了采用CTP设计的磷酸铁锂电池,并且收获了特斯拉的大单,未来将应用在国产特斯拉Model 3上。

实际上,比亚迪和宁德时代的电池技术方案本质是一样的,都选择了基于磷酸铁锂电池发展“无钴电池”的技术路径。通过优化电池包的空间利用率、减轻电池包重量和模组环节成本来实现降低整体成本的目的,同时还可以提高电池组的体积能量密度和电池包能量密度。简单来说,就是跳过电池模组,直接将电芯安装在PACK里,尽可能简化模组。

除了这两家国内电池企业外,LG化学、松下电池、特斯拉、蜂巢能源、杉杉股份等企业也都已经走在了“无钴化”的道路上,均透露过正在加速布局低钴、无钴电池。

蜂巢能源“无钴电池”发布会视频截图

这其中,最引人瞩目的当属前文提到的蜂巢能源,这家成立于2016年的科技公司,前身是长城汽车动力电池事业部。尽管成立时间不长,但其近两年动作不断,此次更是抢在松下、宁德时代等几位电池行业大佬前率先推出了两款无钴电池,并计划最早于2021年6月份推向市场,一时风头无两。

与比亚迪和宁德时代目前的技术路线有所不同,蜂巢能源推出的两款无钴电池更符合大多数人对于“无钴电池”的定义,去除三元锂电池中的钴,提高其中Mn(锰)的含量,这种NMx镍锰酸锂电池具有高循环寿命、高安全性和高能量密度的核心优势。那么,去除了“钴”,如何能做到保证电池结构的稳定性?蜂巢能源给出的答案是通过阳离子掺杂技术、单晶技术和纳米网络化包覆三项关键技术,可以显著改善无钴层状材料的镍锂离子混排问题以及循环寿命的问题。

不可否认的是,电池“无钴化”已经成为动力电池行业的大势所趋,其本质就是为了降低成本。不管是磷酸铁锂电池,还是镍锰酸锂,亦或其他一些新型技术路线,关键在于能否寻找到替代钴在动力电池中支撑作用的方案。但动力电池“无钴”是否就意味着可以进一步降低成本,对于电池循环次数影响有多大,以及电池结构稳定性等问题尚需评估。有业内专家认为,无钴电池大规模量产短期内很难实现,仍需技术上有所突破,毕竟前沿技术研发和最终实现量产不可一概而论,比较理想的发展轨迹就是部分车型率先应用低钴或无钴电池。

而对于消费者而言,更关注的是电池的安全性、稳定性和使用寿命。据车质网此前的调查结果显示,在1488名受访者中,分别有39.8%和33.3%的人对于纯电动汽车的安全和续航里程更为在意,成为其现阶段购买纯电动汽车的决定性因素。此外,据车质网数据显示,现阶段国内纯电动汽车的投诉主要集中在“动力电池故障”、“充电故障”和“续航里程不准”问题上,侧面也反映出当前动力电池市场中依然有不少亟待解决的问题。

根据工信部《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,到2025年,新能源汽车新车销量占比将达到25%左右,动力电池等关键技术将取得重大突破,新能源车市场依然拥有广阔的市场前景。如今,无钴电池技术商业化竞争的大幕已经拉开,谁能率先实现技术突破,势必将在未来的市场竞争中占据主动。不过,在此也奉劝动力电池企业,在开辟新技术路线,降低生产成本的同时,对于产品稳定性、安全性等方面的验证切莫忽视,毕竟最后为之买单的是消费者,质量口碑才是核心竞争优势。

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