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誰在踏實干事?揭開無鈷電池爭議背后的真相

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年07月12日  

近來,動力鋰離子電池圈很熱鬧,CTP技術、刀片電池等不斷閃亮登場。不過,這幾項技術集中于應用層面的改進,動力鋰離子電池根本性的革新還在于自身材料體系的變化。而無鈷電池的概念一經推出,立即引起了大家廣泛的興趣,假如這一概念落地,便是真正的根本性革新。


在我國,把無鈷電池炒成熱點的是特斯拉,后來,蜂巢能源舉辦了一場無鈷電池公布會,再次吸引了眾多目光。然而,近日的一則消息讓人們對無鈷電池又出現了不少疑問,甚至是爭議。六月十六日,有媒體爆料稱特斯拉從Glencore公司購買鈷,交易量可能高達每年6000噸。既然特斯拉將制造無鈷電池,又為何購買這么多鈷材料?此前宣傳的無鈷電池難道是噱頭?那么,蜂巢能源的無鈷電池又是否能夠真的落地?


■特斯拉的無鈷電池是噱頭?


一直以來,特斯拉使用的都是松下供應的三元電池(NCA),其中含有鈷元素。在去年的特斯拉財報電話會議上,有分析師向特斯拉創始人、首席執行官馬斯克提到,鈷等稀有金屬價格劇烈變動將影響特斯拉的前景。馬斯克當時對此的回應是:可以把鈷的使用量降到零。自從那以后,特斯拉將推出無鈷電池的概念誕生了,這條信息經過媒體的傳播不斷得到強化。


2019年五月,特斯拉宣布完成對Maxwell的收購。Maxwell是全球著名的超級電容制造商,在業界看來,特斯拉收購Maxwell并不想用超級電容代替鋰離子電池,而是看中了生產超級電容的干法技術。


超級電容產業聯盟理事長、中車新能源總經理陳勝軍告訴《我國汽車報》記者,相比于傳統鋰離子電池生產方法,使用干電極技術有諸多好處,超級電容不受鋰、鈷、鎳等貴金屬資源限制,重要原材料是活性炭,這種物質重要來源于椰殼等自然界生物質通過活化制成。陳勝軍還說:“干法工藝可以顯著新增極片活性物質的負載量,從而有效提升儲能器件能量密度。”


馬斯克在財報電話會議上說“可以把鈷的使用量降到零”,或許是想通過干法技術擺脫鈷元素的束縛。據特斯拉評估,該工藝假如應用于鋰離子電池,在現有體系條件下可將鋰離子電池能量密度提升10%~30%以上。既不使用鈷元素,又能提升電池性能,這是一件兩全其美的事情。


事實上,鋰離子電池充放電過程中,從正極脫嵌的鋰離子,并沒有100%在放電時回到正極,假如可以從正極材料外再尋找到一個鋰源,保證正極脫嵌的鋰離子不會浪費于化成過程,最終就可以提高電池容量。這個供應外界鋰源的過程,就是預鋰化。預鋰化有關提高動力鋰離子電池的能量密度和循環壽命有著重要意義。傳統濕法工藝要使用大量的有機溶劑,很難實現預鋰化。干法工藝在整個制備過程中沒有溶劑參與,因此,在原材料混合階段就可以添加金屬鋰。


特斯拉在動力鋰離子電池領域的動作不止于收購Maxwell。二月三日,寧德時代公布通告稱,公司擬與特斯拉及特斯拉(上海)有限公司簽訂協議。協議中約定,寧德時代將向特斯拉供應鋰離子動力鋰離子電池產品。坊間一直傳言,寧德時代將向特斯拉供應磷酸鐵鋰離子電池。磷酸鐵鋰離子電池中不含有鈷元素,有些人又很自然地把特斯拉上海廠的Model3將使用磷酸鐵鋰離子電池與無鈷電池概念聯系在一起。


然而,六月十六日,有媒體爆出消息稱特斯拉從Glencore購買鈷,交易量可能高達每年6000噸。特斯拉要推無鈷電池,但卻又大量購買金屬鈷,難道特斯拉的無鈷電池是噱頭?


■特斯拉或許另有所圖


“特斯拉收購Maxwell確實想利用超級電容的干法技術提高鋰離子電池的性能”,寶晟(蘇州)能源科技有限公司總經理郜明文說,“但這項技術的運用并不是那么容易。”


超級電容的干法技術不僅可以預鋰化,還能帶來其他很多好處。與傳統工藝相比,干法技術省卻了涂覆過程中的溶劑添加、干燥蒸發、二次輥壓等工序,成本自然大幅度降低,另外,電極切條分邊后,未與集流體涂覆的材料仍然可以再次輥壓利用,這就減少了材料浪費,提高了材料的利用率,而傳統濕法不能如此重復利用。


在干法技術的生產過程中,流水線必須將PTFE(聚四氟乙烯)纖維化,使活性物質與纖維化的PTFE形成網絡交聯結構,這是成膜前預處理的難點之一。在持續的擠出輥壓過程中,預處理后的活性材料仍然是粉體材料,使粉體材料能夠形成均勻一致的片狀材料,是整個工藝流程中的又一個難點。成型的片狀材料機械強度必須高,只有這樣才能保證整個工藝流程的持續生產,片狀材料還必須表面光亮,這樣才能保證均勻性、一致性較好。


特斯拉收購Maxwell已有一年多的時間,估計用干法技術嘗試過生產鋰離子電池,或許試驗結果不是那么理想,或許達不到量產電池的要求。但與此同時,特斯拉上馬鋰離子電池(三元電池)項目已是箭在弦上,不得不發。時間不等人,特斯拉不能等到干法技術真正取得突破才生產鋰離子電池,及早訂購鈷可以保證自己在未來不處于被動地位,這或許是特斯拉大規模購買金屬鈷的原因所在。


另外,值得注意的是,自從特斯拉傳出無鈷電池概念之后,金屬鈷的價格被打壓下去。據金投網信息顯示,2019年五月五日,電解鈷≥99.8%,價格為263000~278000元/噸。2020年五月二十日,電解鈷≥99.8%,價格為245000元/噸,大約一年時間,鈷價格降低了18000~3000元/噸。假如按照特斯拉與Glencore每年6000噸交易量來估算,特斯拉每年可以省下1.08億~1.98億元。這也是很值得玩味的地方。


■蜂巢能源的無鈷電池正待接受市場考驗


有業內專家告訴《我國汽車報》記者,從動力鋰離子電池剔除鈷元素,理論上講可行,但實際上做不到。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。二元材料指的是鎳錳酸鋰,四元材料指鎳鈷錳鋁(NCMA)聚合物。


真鋰研究總裁墨柯在接受采訪時也認為,目前三元去鈷還到不了實用階段,松下、LG化學等電池巨頭還做不到“去鈷實用”。


無鈷電池難住了特斯拉,那么蜂巢能源開發的無鈷電池真正突破了技術限制了嗎?對此,記者采訪了蜂巢能源的相關人士,該相關人士表示,蜂巢能源近期公布的兩款無鈷電池完全不含鈷元素,這些無鈷電池產品通過了一系列的測試,結果顯示無鈷方法可行。


專家告訴記者,鈷在電池材料中起著穩定結構的用途,無鈷之后,蜂巢能源的電池依靠什么技術穩定電池材料的結構?蜂巢能源的相關人士表示,重要通過陽離子摻雜和單晶技術。摻雜技術是采用與氧化學鍵鍵能高的陽離子摻雜到晶體結構中,這樣有利于高電壓下脫鋰后結構穩定。單晶技術比傳統的球形多晶顆粒具有更高的顆粒強度,有利于改善安全性和循環性能。使用納米網絡包覆,這樣材料更均勻包覆,減少與電解液的副反應,提升循環壽命。


目前,磷酸鐵鋰和三元鋰離子電池是市場的主流產品,無鈷電池必須具有自己的優勢才能被消費者認可。對此,蜂巢能源的相關人士顯得非常有信心。他告訴記者,三元電池有更高的能量密度,但安全性相對較差,磷酸鐵鋰離子電池安全性相對更好,但能量密度提升比較有限。無鈷電池相對磷酸鐵鋰離子電池具有高能量密度的優勢,相對三元電池具有安全性優勢,無鈷電池兼具了三元和鐵鋰離子電池的優勢,為廣大客戶供應了一個全新的解決方法。


此外,價格和安全是用戶能否接受無鈷電池的關鍵因素,無鈷電池具有這兩方面的優勢嗎?蜂巢能源的相關人士告訴記者,無鈷電池去掉了價格較高的鈷元素,相比三元電池成本有顯著降低,接近磷酸鐵鋰離子電池的成本,只比磷酸鐵鋰略高一點。


該相關人士進一步表示,之前無鈷電池已做過各種測試,結果表明無鈷電池的安全性優于三元電池,接近磷酸鐵鋰離子電池,例如,無鈷電池可以輕松通過150℃熱箱試驗,而三元電池一般標準下只能達到130℃左右。他透露,蜂巢能源七月將有2噸無鈷材料下線。 


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