特斯拉“无钴”之争

36氪的朋友们 · 2020-02-27
无钴将是未来趋势。

编者按:本文来自微信公众号“AutoR智驾”(ID:zhinengqiche),作者:子墨,36氪经授权发布。

特斯拉“无钴”之争

现阶段特斯拉虽然没有明确“无钴”具体的技术方案,不过可以看到目前特斯拉在电池技术选择上应该采用两种路线:一种是引入不使用钴的磷酸铁锂电池,另一种则是采用NCM811高镍电池向NCMA(镍钴锰铝)四元电池进阶的路线,并在生产过程中用其他元素逐渐代替钴。

电动汽车未来的成功可能取决于放弃电池中的一种关键成分:重金属钴。

近日,据路透社报道称,特斯拉正与宁德时代进行“深入谈判”,在某些产品中使用无钴电池。

若这一谈判最终落地,意味着磷酸铁锂电池将进入特斯拉生产线。

据机构市场称,特斯拉正与宁德时代的锂电池供应谈判中,计划在中国制造Model 3车型中使用无钴电池,以更换目前特斯拉所适用的松下811三元锂电池。

不过,特斯拉与宁德时代两家公司都没有对该报告发表公开评论,但马斯克此前发推文称,特斯拉现有电池的钴使用量不到3%,“新一代电池”将不会使用钴。

受此消息影响,比亚迪、丰元股份、德方纳米、湘潭电化等多家相关企业股票涨停。

另一利好信息是,工信部近日印发《关于有序推动工业通信业企业复工复产的指导意见》「以下简称《指导意见》」。

明确提出要优先支持汽车等产业链长、带动能力强的产业,重点支持新能源汽车等战略性新兴产业。并积极稳定汽车等传统大宗消费,鼓励汽车限购地区适当增加汽车号牌配额,带动汽车及相关产品消费。

新能源汽车市场将迎来新一轮的增长。

根据正极材料不同,现在市场上的动力电池主要有镍钴锰、镍钴铝、磷酸铁锂、钛酸锂、锰酸锂和钴酸锂电池。

特斯拉“无钴”之争

值得注意的是,正极材料为镍钴锰、镍钴铝的电池又被统称为三元电池,与磷酸铁锂电池成为当前两大主流的动力电池方案。

如果按照是否存在钴元素,磷酸铁锂电池也可以分为两种,一种是完全无钴电池,一种是正极中有钴的存在,其本质是高镍低钴材料。

不过,目前而言,三元电池的市场要比磷酸铁锂电池广的多,至少在三到五年内,国内市场的主流,依旧是三元电池。

2019年,我国动力电池产销量分别累计为85.4GWh和75.6GWh,其中,三元电池产量累计55.1GWh,占总产量64.6%,同比累计增长40.8%,三元电池累计销售53.0GWh,占总销量70.0%。

磷酸铁锂电池产量累计27.7GWh,占总产量32.4%,同比累计下降1.2%,磷酸铁锂电池累计销售20.6GWh,占总销量比27.2%。

无钴电池是一项新的技术,也是整个锂电行业目前都在积极攻克的一项课题,指的是在现有高镍路线下,找到更为廉价且无能源风险的材料替代现有的钴元素,以达到现有三元锂电池同样的性能和稳定性。

有评论提到,特斯拉前期将使用的宁德时代的LFP电池,不过,LFP电池存在一个致命的缺点是较低的能量密度,但报告指出,宁德时代一直在努力改善这一点。

宁德时代的做法是通过Cell to Pack技术提升LFP电池包能量密度,也就是最近常提到的CTP技术的无模组电池包。

特斯拉“无钴”之争

这是一个类似于Obrist所采用的真空固定技术的概念,不需要将单元集成到模块中,然后再集成到包中,而可以直接将单元集成到包中。

据宁德时代称,相较于目前市场上的传统电池包,在成本上,CTP 电池包体积利用率提高了 15%-20%,零部件数量减少 40%,生产效率提升了 50%,投入应用后将大幅降低动力电池的制造成本,能量密度也上升到 200Wh/kg 以上,并计划在2024年达到 200Wh/kg。

CTP 其优势主要有三点:第一,CTP 电池包因为没有标准模组限制,可以用在不同车型上。

第二,减少内部结构组建,CTP 电池包能提高体积利用率,系统能量密度也间接提升。

第三,散热效果要高于目前小模组电池包。

据宁德时代目前公开的资料显示,CTP 电池组仍然会采用方壳封装,考虑到目前高镍电池的稳定性,这种封装是比较好的选择。

根据GGII调研数据显示,截止2019年12月,三元电池系统不含税价格为0.95-1.05元/Wh,LFP系统不含税价格为0.85-0.95元/Wh。0.2元/Wh的价格差意味着用在同为60KWh的乘用车上可节省1.2万元。

现阶段特斯拉虽然没有明确“无钴”方案的具体技术路线,不过可以看到目前特斯拉在电池技术选择上应该采用两种路线。

一种是引入不使用钴的磷酸铁锂电池,另一种则是采用NCM811高镍电池向NCMA(镍钴锰铝)四元电池进阶的路线,并在生产过程中用其他元素逐渐代替钴。

不过,按照当前的技术前者比较会有一定的能量密度下降,后者则具有潜在安全风险。

特斯拉“无钴”之争

咨询公司凯恩能源研究顾问(通过CNBC)的一份新报告显示,当前特斯拉2019年成本达到每千瓦时158.27美元,比四年前下降了100多美元。

这已经接近100美元/千瓦时的价格,许多行业观察人士认为这是一个“神奇的数字”,可见电动汽车的成本与传统汽车相当。

如果,特斯拉在国内特斯拉依靠宁德时代再次实现降本,国产特斯拉Model 3还存在降价空间。

而这一举措很可能终止特斯拉与松下电池的合作,最新的信息显示,在纽约北部的特斯拉布法罗太阳能工厂千方百计提高产量之后,特斯拉和松下日前放弃了生产太阳能电池的合作关系。

特斯拉内部团队一直在研发锂电池技术,之前申请的专利显示,锂电池使用寿命可以延长到160万公里,从而推迟电池组更换的时间。

据外媒最近的报道,特斯拉计划在佛利蒙特工厂建设一条锂电池试验性生产线,逐步开发锂电池生产技术。

最近,特斯拉公司开始在德国勃兰登堡州建设第二座海外电动车工厂,特斯拉官方资料中写道,这一工厂将会生产Model 3、Model Y以及锂电池。

当然,无钴将是未来趋势。

麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的艾尔莎·奥利维蒂(Elsa Olivetti)和她的同事进行的一项新分析发现,如果我们不能有效地回收钴,可能会出现钴短缺。

据估计,到2030年,全球对钴的需求将增至23.5万至43万吨——根据2016年的数据,这一数字至少是全球目前钴冶炼能力的1.6倍。

钴通常是铜或镍开采的副产品,它受到这些金属的需求和价格波动的影响,价格昂贵。

除了价格之外,开采金属还需要付出人力成本,全球供应的大部分(60%)来自刚果民主共和国。

可以说,随着新能源汽车的增长,特斯拉转向无钴的电池是一次不错的选择,当然,其最主要原因是出于降本考虑。

特斯拉“无钴”之争

其实,这些年特斯拉对于钴的使用量,一直都在消减,2009年,特斯拉在Roadster上,用的是钴酸锂。2012年,特斯拉在Model S上,钴的使用量是11千克/辆车。2018年,特斯拉在Model 3上,钴的使用量为4.5千克/辆车。

不过,伦敦基准矿物情报(Benchmark Mineral Intelligence)的西蒙•摩尔斯(Simon Moores)等行业分析师表示,“此举不太可能在中国以外的地区复制,此举更多是出于降低中国生产成本的愿望,而非逐步淘汰钴。”

最后谈一下锂离子电池、镍氢电池和铅酸电池之间的区别。

锂离子电池:被认为是现代电动汽车的标准电池,与其他成熟的电池技术相比,锂离子电池有很多优点。

其独特的物理和电化学性能,具有广泛的民用和国防应用的前景,其突出的特点是:重量轻、储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长。

在同体积重量情况下,锂电池的蓄电能力是镍氢电池的1.6倍,是镍镉电池的4倍,目前只开发利用了其理论电量的20%~30%,

锂离子电池在保持能量方面也很出色,其自放电率(每月5%)比镍氢电池低一个数量级。

不过,锂离子电池也有一些缺点,锂离子电池是一种非常昂贵的电池技术,还有一个主要的安全问题是关于电池的过度充电和过热。锂离子可能会发生热失控,引发车辆起火或爆炸,曾有几起使用锂离子电池的特斯拉Model S因充电不稳定或电池损坏而起火的案例。

铅酸电池:最初用于早期的电动汽车,如通用汽车的EV1,它也是成熟的电动汽车蓄电池,可靠性好、原材料易得、价格便宜,功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。

两大缺点是,第一能量低,所占的质量和体积太大,且一次充电行驶里程较短;另一个是使用寿命短,使用成本过高。

镍氢蓄电池:镍氢电池被认为是最好的,有高达两倍的比能量(68 Wh/kg)相比,使得使用镍氢电池的电动汽车更轻,从而降低了驱动坡面行驶的能源成本,与铅酸电池相比,镍氢电池也具有更高的能量密度,这将使电池系统被限制在更小的空间内。

国外生产电动汽车镍氢蓄电池的公司主要是Ovonie、丰田和松下的一个合资公司。Ovonie现有80A·h和130A·h两种单元电池,其比能量达75-80W·h/kg,循环使用寿命超过600次。

不过,镍氢电池充电效率低于其他电池,当电池处于高温环境时,自放电(在正常室温条件下每天高达12.5%)也会出现严重问题。这使得镍氢电池在更热的环境中不太理想。此外,关于大规格镍氢电池存在法律争议,影响了镍氢电池在纯电动汽车上的使用。

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