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特斯拉掀起無鈷電池風云,是噱頭還是可觸到的現實?

鉅大LARGE  |  點擊量:964次  |  2020年06月09日  

特斯拉CEO埃隆·馬斯克(ElonMusk)已經放了電池界兩回鴿子了。


受疫情影響,原計劃于四月中旬舉辦的特斯拉“電池日”,已從五月延至了六月。“電池日”是特斯拉在其紐約超級廠舉辦的投資人大會,會上將公布過該公司在電池領域的重大進展。


業內最關心的莫過于當天宣布有關電池成分的信息。“電池日”是特斯拉在其紐約超級廠舉辦的投資人大會,會上將公布該公司在電池領域的重大進展。


無鈷風云


動力鋰離子電池無鈷化,引起了行業地震。從上游的鈷原料公司、中游的正極材料廠商,到下游的三元電池公司。


路透社二月十八日報道稱,特斯拉正與寧德時代商談,將在上海廠生產的電動汽車使用無鈷電池。


翌日收盤,在剛果(金)擁有鈷礦的我國鈷業巨頭寒銳鈷業(300618.SZ)、華友鈷業(603799.SH)跌停,洛陽鉬業(603993.SH)跌9.9%。


全球最大鈷業巨頭嘉能可的股價在二月十九日小漲至232便士后震蕩下跌,三月二十三日的股價已對半腰斬至112.5便士。隨后始終未回到200便士以上。


據彭博社報道,特斯拉與嘉能可在商談長期合同,為上海廠供應鈷。


2019年,特斯拉進入我國,用11個月在上海建立了超級廠,特斯拉Model3由此開始國產化。松下、LG化學和寧德時代(300750.SZ),是特斯拉在我國市場的電池供貨商。


一邊要鈷,一邊去鈷。多位業界人士對界面新聞談及此事時認為,這正是馬斯克的高明之處,一直將談判的主動權掌握在自己手中。


馬斯克“要鈷”,是因為現在的三元電池生產還離不開鈷,“去鈷”是由于想要降低電池成本。


電池作為新能源汽車的“心臟”,約占整車成本的三到四成。


三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池,是目前電動汽車最常用的兩種鋰離子動力鋰離子電池。前者能量密度高,續航能力強;后者安全性好,成本低。


作為三元電池正極材料中最昂貴的“一元”,鈷的用途重要是穩定材料層狀結構、提高材料循環和倍率性能。因為鈷的使用,正極材料超過三元電池成本的40%。


目前,全球近七成的鈷供應來自剛果(金),每噸鈷的價格高于3萬美元。


鈷的稀缺性、剛果(金)政策的不穩定性,以及頭部公司的限產保價政策,都會卡住新能源車企和電池公司的脖子。


西南證券的研報顯示,低鈷或無鈷的三元電池量產后,成本可降低30%。


三元電池無鈷化,是車企和電池公司的共同目標。


馬斯克此前稱,特斯拉將繼續改進技術,爭取在下一代電池中完全拋棄鈷,改變“帶血的電池”的名聲——剛果(金)允許使用兒童非法采挖鈷的行為。


松下是少數采用NCA技術路線的全球電池巨頭。該技術是高鎳低鈷的代表,含鈷量約5%。


代表高鎳低鈷方向的還有NCM811電池,含鈷量約7%;普遍應用的NCM523電池,含鈷量則約12%。


根據正極材料聚合物元素的不同,市場上的三元電池分為NCA和NCM電池。NCA代表正極材料使用鎳鈷鋁酸鋰,NCM使用的是鎳鈷錳酸鋰,“523”、“811”代表鎳鈷錳三種元素的配比。


五月十一日,寧德時代董事長曾毓群在網絡業績說明會上稱,寧德時代有自己的無鈷電池技術儲備,目前研發進展順利,“是一個全新的、顛覆性的產品”。


誰在去鈷中收益?


在這場去鈷運動中,磷酸鐵鋰離子電池成為最大受益方之一。


在特斯拉和寧德時代商量使用無鈷電池的第二日,磷酸鐵鋰離子電池板塊股票湘潭電化(002125.SZ)、德方納米(300769.SZ)、合縱科技(300477.SZ)錄得漲停。


國內生產磷酸鐵鋰離子電池的公司包括比亞迪(002594.SZ)、國軒高科(002074.SZ)、寧德時代等。


磷酸鐵鋰正極材料中不含鈷,成本只占電池總成本的不到15%。


信達證券的數據顯示,三元電池NCM523的總度電成本為724.91元/kWh,較磷酸鐵鋰離子電池的612.4元/kWh高出18.4%。


但巨頭們現在討論的無鈷電池,并不是在市場上應用成熟的磷酸鐵鋰離子電池。


磷酸鐵鋰離子電池雖然穩定且便宜,但其能量密度低,若安裝在汽車上,重量幾乎比三元電池多出一個成年人。


這意味著,它的續航里程差強人意。市面上使用磷酸鐵鋰離子電池的電動汽車,續航里程約為200公里。


這顯然無法與三元電池400多公里的續航能力相提并論。


再加上我國政府對裝載三元電池新能源電動汽車的補貼,磷酸鐵鋰的市場空間,從電動汽車發展初期的絕對主流,被壓縮到現在只占國內市場的不足三成。


為解決這一痛點,電池公司開始研發新技術,以新增磷酸鐵鋰電動汽車的續航能力。比亞迪推出刀片電池,寧德時代研發了CTP(celltopack,無模組動力鋰離子電池包)技術。


在國家級某重點材料研究單位任職的沈浩看來,這些方法是通過優化電芯尺寸、簡化系統和模組等減重方式,以提高磷酸鐵鋰離子電池的能量密度。


“但這并沒有改變電池的電化學體系。”沈浩對界面新聞記者說,行業更關注的,仍是三元材料如何去鈷。


無鈷做得到嗎


三元材料基礎上的無鈷電池,到底是什么樣的?


某高校重點材料實驗室教授任原對界面新聞記者稱,從理論上看,三元材料的無鈷化可以實現。


“無鈷化后,材料的組分會發生很大改變,正極材料也許會變成二元或四元材料,但基本結構仍然不變。”任原對界面新聞稱。


二元材料指的是鎳錳酸鋰,四元材料指鎳鈷錳鋁(NCMA)聚合物。三元材料鎳鈷錳(NCM)去掉鈷,即變成了二元材料鎳錳酸鋰。


真鋰研究總裁墨柯對界面新聞記者說,正極材料技術進步有兩大方向:一是高電壓化,二是高容量化。


“尖晶石結構的鎳錳酸鋰,屬于5伏級高電壓方向。“墨柯稱,比較目前3.7伏級的三元材料,由于電壓新增,電量也相應新增。


但墨柯認為,鎳錳酸鋰二元材料最大的問題是,找不到與之匹配的電解液體系。


“現有的電解液體系會被分解,電池會失效。”墨柯說。


前身為長城汽車動力鋰離子電池事業部的蜂巢科技,在五月十八日稱,推出了薄片式無鈷電池。


它用層狀材料鎳錳酸鋰,代替了三元電池正極材料商用的鈷酸鋰。


墨柯稱,層狀鎳錳酸鋰屬于高容量方向,是在層狀鎳鈷錳(NCM)酸鋰的基礎上去鈷。


但墨柯認為,目前三元去鈷還到不了實用階段,連松下、LG化學等最強的電池巨頭尚做不到“去鈷實用”。


前述正極材料公司高管稱,無鈷電池的說法并不準確,“無鈷化”電池只是一個研究方向。


該人士稱,目前特斯拉電池廠的正極材料含鈷量并不低,約為6%-7%。


“特斯拉希望下一代三元電池的含鈷量不超過3%甚至降為零。”該高管稱,但即使是低鈷的三元電池,要實現大規模商用,最快也要兩三年后。


任原亦表示,無鈷化材料能否在電動汽車上得到規模化應用,還要更多數據才能下結論。


與業內傳聞相比,相關公司的產業布局,更能反映市場真貌。


我國鈷業三巨頭目前并未對各自的鈷板塊作出調整。


鈷業占營收七成以上的寒銳鈷業,在四月八日的網絡業績說明會上稱,短時間內,三元鋰離子電池依然是動力鋰離子電池的主流技術方向之一,公司將始終立足于鈷產品主業。


“隨著新能源汽車滲透率的不斷提高,即使在三元電池低鈷化的背景下,預計新能源汽車對鈷的需求仍將新增。”寒銳鈷業董秘、副總經理陶凱稱。


更多公司將探索轉向了高容量材料。


前述正極材料高管認為,高鎳低鈷是三元電池未來的一個實操方向。


任原也認為,采用高鎳材料是業界比較認可的提升電池能量密度的技術路線之一。


LG化學、寧德時代、比亞迪、國軒高科、格林美等公司,均在布局鎳鈷錳鋁(NCMA)電池材料。


這一四元正極材料的原理是,在鎳鈷錳正極聚合物里加入鋁元素,抑制高鎳的不穩定性,三元變為四元材料,逐漸實現低鈷化。


鈷業巨頭之一的華友鈷業,也已在印尼投資了鎳金屬和正極材料項目,其6萬噸的鎳金屬項目有望今年投產。


此外,電池公司也在將三元電池向高鎳低鈷的NCM622、NCM811配比產品轉變。


寧德時代稱,NCM811電池出貨量已占其總出貨量的20%。


新時代證券的研究報告認為,相比普通三元材料,高鎳三元材料有三大壁壘:在前驅體制備、正極材料燒結和生產環境方面要求相對苛刻;高鎳三元材料進入電池廠商的技術門檻、認證時間以及認證難度都在提升;要對正極材料進行摻雜改性以及表面包覆處理,且要適合的高鎳電解液進行匹配。


據界面新聞記者了解,從單噸總成本看,NCM811電池的成本,比NCM523電池高出2萬元,且前者的加工工序更為繁雜。


任原還表示,三元材料中,提高鎳的含量,會降低循環的穩定性,安全性風險會加大。


“高鎳材料的電池循環穩定性,可以通過優化材料結構、表面包覆等手段實現,安全性可以通過開發配套的不燃電解質、優化電池結構、添加過充保護、優化熱管理系統等方式提升。”任潔稱,但這些技術較為復雜,實現高鎳材料的大規模應用,還要學術界和公司界共同努力。


這意味著,目前商用的三元電池仍離不開鈷。


至于特斯拉會在電池日上曝出什么大新聞,業界只能根據馬斯克此前的只言片語作出猜想。


美國電動汽車新聞網站Electrekc稱,特斯拉很可能在電池日上公布其“路跑者”(Roadrunner)自主電池項目,該項目以降低電動汽車的生產成本為目的;特斯拉也可能推出裝著新電池的ModelS車型,以及宣布將在什么廠生產新電池。


墨柯則對界面新聞記者表示,特斯拉可能在電池日上公布三件事:和松下聯合開發電池的進展情況;宣布將使用磷酸鐵鋰離子電池,或者使用寧德時代的NCM523CTP電池技術;宣布最新的干電極技術。


“沒人能猜到馬斯克下一秒又會醞釀什么變化,天才都是這樣的,像喬布斯也是。”一位特斯拉的粉絲在馬斯克的推特上留言道。


(應采訪對象要求,文中沈浩、任原為化名)


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