動力電池打響“無鈷”爭奪戰(zhàn)：誰將占據(jù)未來紅利？

每經(jīng)記者 趙成    每經(jīng)編輯 孫磊    

受疫情等因素影響，原計劃于今年4月舉辦的特斯拉“電池日”再度跳票，馬斯克口中的無鈷電池依舊神秘感十足。

然而，長城控股集團旗下的蜂巢能源科技有限公司（以下簡稱“蜂巢能源”）卻先行一步，正式推出NMX無鈷電池，成為全球第一家成功研發(fā)出無鈷電池的企業(yè)。

圖片來源：蜂巢能源官網(wǎng)

“鑒于鈷的穩(wěn)定性能，無鈷電池將成為未來動力電池的一個重要發(fā)展趨勢。”蜂巢能源總裁楊紅新說。

事實上，自今年初坊間傳出國產(chǎn)特斯拉將使用寧德時代的“無鈷電池”后，資本市場便聞“鈷”而動，雖然后來特斯拉所謂的無鈷電池僅僅是一份合作協(xié)議。

不過目前動力電池領(lǐng)域?qū)?ldquo;無鈷”的關(guān)注已空前高漲。中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長王子冬對《每日經(jīng)濟新聞》記者說，“這主要是源于動力電池無鈷化可以降低成本”。

“降本”驅(qū)動電池“無鈷”

當前，新能源汽車市場常用電池分別為以鎳鈷錳（NCM）、鎳鈷鋁（NCA）為主要材料的三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。

根據(jù)研究機構(gòu)EVTank最新數(shù)據(jù)顯示，今年1~4月，國內(nèi)NCM三元鋰電池裝機量占比升至72.87%，依然是動力電池市場中的“王者”。

而正是這位“王者”身上的鈷元素，成為影響新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定性的重要因素。

圖片來源：每經(jīng)記者 孫桐桐 攝

據(jù)記者了解，作為動力電池正極材料中的重要元素之一，鈷不但可以穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，而且可以提高材料的循環(huán)和倍率性能。但是鈷在地殼中的含量較低，豐度僅為0.0025%，全球陸地鈷的儲量約為710萬噸。如果不考慮回收，2026年以后，鈷將供不應求，無法支撐新能源汽車的發(fā)展。

而隨著新能源汽車保有量的迅速增長，鈷價格也從2016年的12萬元/噸一度飆升至2018年的60萬元/噸，即便是在當前，鈷價依然維持在24萬元/噸。這使得電池成本居高不下。

以A級電動車（緊湊型車，車身長度在4.2米至4.6米之間）為例，動力電池成本基本占到整車成本近一半，其成本若難以進一步下降，在補貼完全退坡之后，將會導致電動汽車生產(chǎn)企業(yè)難以正常盈利。

為應對鈷短缺，許多電池制造商早已開始對三元鋰電池“增鎳降鈷”，以期降低成本。

據(jù)悉，部分三元鋰電池中含鈷比例已從較早的鈷酸鋰中的59%，降至目前普遍應用的NCM523電池的12%，后又降至NCM811中的7%。而松下、特斯拉等企業(yè)更是對外宣稱，目前三元鋰電池鈷含量可降至3%。

但有分析指出，盡管目前電池的“高鎳低鈷”趨勢滿足了企業(yè)的降本需求，但另一方面“高鎳低鈷”可能會導致電池過熱，容易引起燃燒，安全性會受到影響。所以，要做到真正的“無鈷化”，必須要有一定的技術(shù)突破。

多種路線博弈

為盡快擺脫資源束縛，降低成本，多家動力電池企業(yè)加大力度研發(fā)無鈷電池。

今年初，比亞迪推出了基于磷酸鐵鋰電池的刀片電池，宣稱該電池在安全性和電池壽命方面有較大優(yōu)勢。由于磷酸鐵鋰電池屬于“無鈷電池”，所以有業(yè)內(nèi)人士認為，比亞迪此舉走在了特斯拉“無鈷電池”的前面。

比亞迪方面認為，刀片電池利用形狀特點提升了電池包縱向的利用率，緩解磷酸鐵鋰能量密度先天不足的局限性，再加上無模組技術(shù)，PACK層面減少連接件的數(shù)量，在成本下降30%的同時，電池能量密度提升50%。

圖片來源：比亞迪官微

寧德時代同樣選擇了基于磷酸鐵鋰電池發(fā)展無鈷電池的技術(shù)路徑。寧德時代推出的CTP（Cell To Pack）技術(shù)，通過省去電池模組，對電池包結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而實現(xiàn)大幅降本。數(shù)據(jù)顯示，寧德時代CTP電池包體積利用率提高15%-20%，零部件數(shù)量減少40%，生產(chǎn)效率提升50%。

LG化學、松下等外資企業(yè)目前仍以采用NCM電池為主，但兩家公司也正著手研究，通過研發(fā)四元電池等方式，盡量減少鈷元素的使用量及依賴程度。

“無論是寧德時代的CTP方案，還是比亞迪的刀片電池，都屬于電池結(jié)構(gòu)設(shè)計上的改變，本質(zhì)上還是堆電芯，擠空間，而非材料上的創(chuàng)新。”王子冬在接受《每日經(jīng)濟新聞》記者采訪時認為，“早在2003年，第二代豐田普銳斯就將此前的圓柱形鎳氫電池改為新型方形鎳氫電池，這與比亞迪‘刀片電池’的思路如出一轍。”

圖片來演：攝圖網(wǎng)

王子冬稱：“無鈷電池既包括磷酸鐵鋰和錳酸鋰電池，也包括一些新型技術(shù)路線，這其中最關(guān)鍵的技術(shù)在于用什么可以代替鈷在動力電池中的支撐作用。”

蜂巢能源給出的技術(shù)路線，與寧德時代、比亞迪采用的無鈷技術(shù)路線不同，NMX電池首度被提出。

“無鈷技術(shù)中三項技術(shù)極為關(guān)鍵，分別為陽離子摻雜技術(shù)、單晶技術(shù)和納米網(wǎng)絡(luò)包覆技術(shù)。”楊紅新向記者解釋，陽離子摻雜技術(shù)，通過強化學鍵穩(wěn)定氧八面體結(jié)構(gòu)，減少鋰鎳混排，大幅改善了材料的穩(wěn)定性，可以在4.3V-4.35V電壓下穩(wěn)定工作，實現(xiàn)能量密度比磷酸鐵鋰提高40%；單晶技術(shù)則可以改善電池的安全性和壽命，電芯壽命可比多晶高鎳三元高出70%；納米網(wǎng)絡(luò)包覆技術(shù)，可以減少正極材料與電解液的副反應，有效改善高電壓下的材料循環(huán)性能。”

楊紅新告訴記者，為了使無鈷材料走到規(guī)?；瘧秒A段，蜂巢能源通過多種復合技術(shù)，改善了無鈷層狀材料的鎳鋰離子混排問題以及循環(huán)壽命的問題。

圖片來源：每經(jīng)記者 歐陽凱 攝

據(jù)了解，蜂巢能源首款無鈷電池計劃于2021年6月推出并量產(chǎn)，在通用化電芯尺寸設(shè)計基礎(chǔ)上完成，并搭載245wh/kg的能量密度值；另一款計劃于2021年下半年量產(chǎn)的L6薄片無鈷長電芯，其搭載的是226Ah容量電池，能量密度值為240wh/kg，在矩陣式PACK設(shè)計支持下，可實現(xiàn)880Km的續(xù)航里程。

如果蜂巢能源公布的目標最終得以實現(xiàn)，該公司推出的L6電芯將成為目前全球范圍內(nèi)已公開的動力電池中續(xù)航里程最長的一款。

但圍繞無鈷電池的競爭遠不止上述幾種技術(shù)路線，還包括石墨烯、氫燃料、全固體電池等多類電池。無鈷電池的本質(zhì)是降低成本，但最終能實現(xiàn)多大的降本比例，現(xiàn)在仍無法判斷。

“現(xiàn)在無鈷電池的材料比有鈷的還貴，你去買一塊寧德時代811的電池，再去買一塊該品牌523的電池，一比便知。”王子冬坦言，當前動力電池產(chǎn)業(yè)鏈中存在的問題很多，情況復雜，并不是把鈷去掉了，就能馬上降低電池成本。

但新能源汽車未來的發(fā)展前景，仍在推動著動力電池企業(yè)在“無鈷”的研發(fā)之路上快馬加鞭。根據(jù)規(guī)劃，2025年我國新能源汽車新車銷量占比將達到25%。另據(jù)預測，2035年全球新能源汽車的市場滲透率將達到50%。這意味著誰率先在“無鈷電池”上實現(xiàn)突破，誰將在未來市場中占據(jù)紅利。