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?

疊片電池

近來,動力電池圈很熱鬧,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,如果這一概念落地,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發布會,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產生了不少疑問,甚至是爭議。6月16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提供的三元電池(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5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《中國汽車報》記者,相比于傳統鋰電池生產方法,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,主要原材料是活性炭,這種物質主要來源于椰殼等自然界生物質通過活化制成。陳勝軍還說:“干法工藝可以顯著增加極片活性物質的負載量,從而有效提升儲能器件能量密度?!?/p>

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,該工藝如果應用于鋰離子電池,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,如果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。這個提供外界鋰源的過程,就是預鋰化。預鋰化對于提高動力電池的能量密度和循環壽命有著重要意義。傳統濕法工藝需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。

特斯拉在動力電池領域的動作不止于收購Maxwell。2月3日,寧德時代發布公告稱,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電池產品。坊間一直傳言,寧德時代將向特斯拉提供磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰電池中不含有鈷元素,有些人又很自然地把特斯拉上海工廠的Model 3將使用磷酸鐵鋰電池與無鈷電池概念聯系在一起。

然而,6月16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?!?/p>

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。在連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連續生產,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5月5日,電解鈷≥99.8%,價格為263000~278000元/噸。2020年5月20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。如果按照特斯拉與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《中國汽車報》記者,從動力電池剔除鈷元素,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,蜂巢能源近期發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,結果顯示無鈷方案可行。

專家告訴記者,鈷在電池材料中起著穩定結構的作用,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,主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電池的優勢,為廣大客戶提供了一個全新的解決方案。

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7月將有2噸無鈷材料下線?! ?/p>

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