02.27 特斯拉“無鈷”之爭

特斯拉“無鈷”之爭

現階段特斯拉雖然沒有明確“無鈷”具體的技術方案,不過可以看到目前特斯拉在電池技術選擇上應該採用兩種路線:一種是引入不使用鈷的磷酸鐵鋰電池,另一種則是採用NCM811高鎳電池向NCMA(鎳鈷錳鋁)四元電池進階的路線,並在生產過程中用其他元素逐漸代替鈷。

文丨AutoR智駕 子墨

電動汽車未來的成功可能取決於放棄電池中的一種關鍵成分:重金屬鈷。

近日,據路透社報道稱,特斯拉正與寧德時代進行“深入談判”,在某些產品中使用無鈷電池。

若這一談判最終落地,意味著磷酸鐵鋰電池將進入特斯拉生產線。

據機構市場稱,特斯拉正與寧德時代的鋰電池供應談判中,計劃在中國製造Model 3車型中使用無鈷電池,以更換目前特斯拉所適用的松下811三元鋰電池。

不過,特斯拉與寧德時代兩家公司都沒有對該報告發表公開評論,但馬斯克此前發推文稱,特斯拉現有電池的鈷使用量不到3%,“新一代電池”將不會使用鈷。

受此消息影響,比亞迪、豐元股份、德方納米、湘潭電化等多家相關企業股票漲停。

另一利好信息是,工信部近日印發《關於有序推動工業通信業企業復工復產的指導意見》「以下簡稱《指導意見》」。

明確提出要優先支持汽車等產業鏈長、帶動能力強的產業,重點支持新能源汽車等戰略性新興產業。並積極穩定汽車等傳統大宗消費,鼓勵汽車限購地區適當增加汽車號牌配額,帶動汽車及相關產品消費。

新能源汽車市場將迎來新一輪的增長。

根據正極材料不同,現在市場上的動力電池主要有鎳鈷錳、鎳鈷鋁、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰電池。

特斯拉“无钴”之争

值得注意的是,正極材料為鎳鈷錳、鎳鈷鋁的電池又被統稱為三元電池,與磷酸鐵鋰電池成為當前兩大主流的動力電池方案。

如果按照是否存在鈷元素,磷酸鐵鋰電池也可以分為兩種,一種是完全無鈷電池,一種是正極中有鈷的存在,其本質是高鎳低鈷材料。

不過,目前而言,三元電池的市場要比磷酸鐵鋰電池廣的多,至少在三到五年內,國內市場的主流,依舊是三元電池。

2019年,我國動力電池產銷量分別累計為85.4GWh和75.6GWh,其中,三元電池產量累計55.1GWh,佔總產量64.6%,同比累計增長40.8%,三元電池累計銷售53.0GWh,佔總銷量70.0%。

磷酸鐵鋰電池產量累計27.7GWh,佔總產量32.4%,同比累計下降1.2%,磷酸鐵鋰電池累計銷售20.6GWh,佔總銷量比27.2%。

無鈷電池是一項新的技術,也是整個鋰電行業目前都在積極攻克的一項課題,指的是在現有高鎳路線下,找到更為廉價且無能源風險的材料替代現有的鈷元素,以達到現有三元鋰電池同樣的性能和穩定性。

有評論提到,特斯拉前期將使用的寧德時代的LFP電池,不過,LFP電池存在一個致命的缺點是較低的能量密度,但報告指出,寧德時代一直在努力改善這一點。

寧德時代的做法是通過Cell to Pack技術提升LFP電池包能量密度,也就是最近常提到的CTP技術的無模組電池包。

特斯拉“无钴”之争

這是一個類似於Obrist所採用的真空固定技術的概念,不需要將單元集成到模塊中,然後再集成到包中,而可以直接將單元集成到包中。

據寧德時代稱,相較於目前市場上的傳統電池包,在成本上,CTP 電池包體積利用率提高了 15%-20%,零部件數量減少 40%,生產效率提升了 50%,投入應用後將大幅降低動力電池的製造成本,能量密度也上升到 200Wh/kg 以上,並計劃在2024年達到 200Wh/kg。

CTP 其優勢主要有三點:第一,CTP 電池包因為沒有標準模組限制,可以用在不同車型上。

第二,減少內部結構組建,CTP 電池包能提高體積利用率,系統能量密度也間接提升。

第三,散熱效果要高於目前小模組電池包。

據寧德時代目前公開的資料顯示,CTP 電池組仍然會採用方殼封裝,考慮到目前高鎳電池的穩定性,這種封裝是比較好的選擇。

根據GGII調研數據顯示,截止2019年12月,三元電池系統不含稅價格為0.95-1.05元/Wh,LFP系統不含稅價格為0.85-0.95元/Wh。0.2元/Wh的價格差意味著用在同為60KWh的乘用車上可節省1.2萬元。

現階段特斯拉雖然沒有明確“無鈷”方案的具體技術路線,不過可以看到目前特斯拉在電池技術選擇上應該採用兩種路線。

一種是引入不使用鈷的磷酸鐵鋰電池,另一種則是採用NCM811高鎳電池向NCMA(鎳鈷錳鋁)四元電池進階的路線,並在生產過程中用其他元素逐漸代替鈷。

不過,按照當前的技術前者比較會有一定的能量密度下降,後者則具有潛在安全風險。

特斯拉“无钴”之争

諮詢公司凱恩能源研究顧問(通過CNBC)的一份新報告顯示,當前特斯拉2019年成本達到每千瓦時158.27美元,比四年前下降了100多美元。

這已經接近100美元/千瓦時的價格,許多行業觀察人士認為這是一個“神奇的數字”,可見電動汽車的成本與傳統汽車相當。

如果,特斯拉在國內特斯拉依靠寧德時代再次實現降本,國產特斯拉Model 3還存在降價空間。

而這一舉措很可能終止特斯拉與松下電池的合作,最新的信息顯示,在紐約北部的特斯拉布法羅太陽能工廠千方百計提高產量之後,特斯拉和松下日前放棄了生產太陽能電池的合作關係。

特斯拉內部團隊一直在研發鋰電池技術,之前申請的專利顯示,鋰電池使用壽命可以延長到160萬公里,從而推遲電池組更換的時間。

據外媒最近的報道,特斯拉計劃在佛利蒙特工廠建設一條鋰電池試驗性生產線,逐步開發鋰電池生產技術。

最近,特斯拉公司開始在德國勃蘭登堡州建設第二座海外電動車工廠,特斯拉官方資料中寫道,這一工廠將會生產Model 3、Model Y以及鋰電池。

當然,無鈷將是未來趨勢。

麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)的艾爾莎·奧利維蒂(Elsa Olivetti)和她的同事進行的一項新分析發現,如果我們不能有效地回收鈷,可能會出現鈷短缺。

據估計,到2030年,全球對鈷的需求將增至23.5萬至43萬噸——根據2016年的數據,這一數字至少是全球目前鈷冶煉能力的1.6倍。

鈷通常是銅或鎳開採的副產品,它受到這些金屬的需求和價格波動的影響,價格昂貴。

除了價格之外,開採金屬還需要付出人力成本,全球供應的大部分(60%)來自剛果民主共和國。

可以說,隨著新能源汽車的增長,特斯拉轉向無鈷的電池是一次不錯的選擇,當然,其最主要原因是出於降本考慮。

特斯拉“无钴”之争

其實,這些年特斯拉對於鈷的使用量,一直都在消減,2009年,特斯拉在Roadster上,用的是鈷酸鋰。2012年,特斯拉在Model S上,鈷的使用量是11千克/輛車。2018年,特斯拉在Model 3上,鈷的使用量為4.5千克/輛車。

不過,倫敦基準礦物情報(Benchmark Mineral Intelligence)的西蒙•摩爾斯(Simon Moores)等行業分析師表示,“此舉不太可能在中國以外的地區複製,此舉更多是出於降低中國生產成本的願望,而非逐步淘汰鈷。”

最後談一下鋰離子電池、鎳氫電池和鉛酸電池之間的區別。

鋰離子電池:被認為是現代電動汽車的標準電池,與其他成熟的電池技術相比,鋰離子電池有很多優點。

其獨特的物理和電化學性能,具有廣泛的民用和國防應用的前景,其突出的特點是:重量輕、儲能大、無汙染、無記憶效應、使用壽命長。

在同體積重量情況下,鋰電池的蓄電能力是鎳氫電池的1.6倍,是鎳鎘電池的4倍,目前只開發利用了其理論電量的20%~30%,

鋰離子電池在保持能量方面也很出色,其自放電率(每月5%)比鎳氫電池低一個數量級。

不過,鋰離子電池也有一些缺點,鋰離子電池是一種非常昂貴的電池技術,還有一個主要的安全問題是關於電池的過度充電和過熱。鋰離子可能會發生熱失控,引發車輛起火或爆炸,曾有幾起使用鋰離子電池的特斯拉Model S因充電不穩定或電池損壞而起火的案例。

鉛酸電池:

最初用於早期的電動汽車,如通用汽車的EV1,它也是成熟的電動汽車蓄電池,可靠性好、原材料易得、價格便宜,功率也基本上能滿足電動汽車的動力性要求。

兩大缺點是,第一能量低,所佔的質量和體積太大,且一次充電行駛里程較短;另一個是使用壽命短,使用成本過高。

鎳氫蓄電池:鎳氫電池被認為是最好的,有高達兩倍的比能量(68 Wh/kg)相比,使得使用鎳氫電池的電動汽車更輕,從而降低了驅動坡面行駛的能源成本,與鉛酸電池相比,鎳氫電池也具有更高的能量密度,這將使電池系統被限制在更小的空間內。

國外生產電動汽車鎳氫蓄電池的公司主要是Ovonie、豐田和松下的一個合資公司。Ovonie現有80A·h和130A·h兩種單元電池,其比能量達75-80W·h/kg,循環使用壽命超過600次。

不過,鎳氫電池充電效率低於其他電池,當電池處於高溫環境時,自放電(在正常室溫條件下每天高達12.5%)也會出現嚴重問題。這使得鎳氫電池在更熱的環境中不太理想。此外,關於大規格鎳氫電池存在法律爭議,影響了鎳氫電池在純電動汽車上的使用。

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