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特斯拉进攻无钴电池 三元锂电池失宠?

2020-02-27 07:55:37 来源: 第一财经 举报
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电池技术多化,坐在全球新能源汽车销量冠军宝座上的特斯拉采用哪种电池,这备受瞩目。

近日,动力电池巨头宁德时代称,正在与特斯拉商讨在国产特斯拉车型上使用不含钴的动力电池。消息一出,一度引发多家钴业企业的股价跌停。“无钴”电池被业内认为是宁德时代的磷酸铁锂电池。不过,特斯拉指出,“无钴”可能会存在多种技术路线。

与此同时,比亚迪首款搭载“刀片”磷酸铁锂电池的汉EV车型的能量密度及相关参数也被披露,宁德时代也推出CTP电池管理控制技术。

磷酸铁锂、三元锂等动力电池之间的博弈越发激烈。中关村新型电池技术创新联盟秘书长于清教认为,不同技术路线动力电池“扬长补短”的趋势也愈加明显。

特斯拉的“无钴”之路

于清教称,目前动力电池行业主要两种技术路线为磷酸铁锂电池与三元锂电池,前者成本更低、稳定性相对较好,主要用在商用车,而后者能量密度相对较高,主要用在乘用车的局势已初显。

特斯拉进攻无钴电池 三元锂电池失宠?

值得注意的是,此前特斯拉合作的松下是NCA(镍钴铝)模式的三元锂电池,特斯拉前不久合作的LG化学,其主营业务也是三元锂电池,并主推NCM811高镍三元锂电池技术路线。

特斯拉创始人马斯克在2018年6月曾称,致力于减少钴的用量,当时高镍电池的钴元素用量为3%左右,在下一代车型中,将钴元素彻底在原料清单中除掉。

一位要求匿名的外资电池企业工程师向第一财经记者解释称,特斯拉作为较早从钴酸锂电池转换到三元锂电池的企业,一直以来与其他电池企业所采用的技术标准不一致,这种方式为特斯拉带来了一定的技术优势,但也使特斯拉方面的成本出现较大幅度的上涨。

目前,三元锂电池又主要分为NCM(镍钴锰)及NCA(镍钴铝)两种模式。在NCA模式中,铝的含量非常少,因此可以理解它接近二元材料,以铝(过渡金属)代替锰,是将镍钴锰酸锂通过离子掺杂和表面包覆进行改性,借此增强材料的稳定性,提高材料的循环性能。

“虽然两者均为电池正极材料,但在NCA模式下的铝为两性金属,不易沉淀,且不易生成纯粹的正极材料,因此沉淀所需的成本费用较高,而NCA材料制作工艺上存在门槛,也导致只能有松下等极少数企业正在生产NCA电池,成本相较于同等能量密度的其他动力电池要高出近20%,这对于目前处于电池货源紧缺状态的特斯拉来讲,显然是无法接受的。”不过,上述工程师也表示,NCA模式确实能够有效地让钴的用量减少,以2012年的特斯拉ModelS及2018年的Model3作比较,使用钴酸锂的前者钴含量为11kg,而在NCA模式成熟后生产的后者钴含量已经降低至4.5kg。

在安信证券新能源汽车首席分析师邓永康看来,减少钴的使用量背后,最根本的原因仍是钴价格的快速上涨。随着5G等新兴事物的兴起,这会导致钴的供需缺口会在2020年急剧拉大,且钴的采矿成本不断提升,也使钴元素的价格持续处于不稳定的状态,因此这对于致力于降低成本的特斯拉来讲,并不是一种良好的选择。

汽车行业分析师张强也认为,特斯拉在中国设工厂的目的,与进一步节省成本有着很大的关联,而虽然使用新型的电池将导致设计成本的增加,但设计成本是一次性的费用,而设计出低端版本以后,由于电池材料价格的波动,对于特斯拉的平摊成本下降作用远大于增加一笔设计成本。

事实上,特斯拉并没有明确“无钴”方案的具体技术路线,但目前能够使钴的用量保持在NCA同等水平的替代方案已经出现。上述工程师认为,目前可供特斯拉选择的技术路线有两种,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,并在过程中逐渐以经过处理的其他包覆元素来代替钴,但前者会导致能量密度下降,后者则具有潜在安全风险。

“目前,两者之间的折中方案也有出现,例如向低配版提供NCM622三元锂电池,续航里程保持在400km左右,既能够降低成本,又能够合理控制安全风险,且能够满足特斯拉立刻降低成本20%的需求,但这也会导致特斯拉品牌价值的下降。”上述工程师分析道。

如何扬长避短

目前,押注那一条动力电池技术路线,并不是特斯拉一家的苦恼,动力电池领域普遍遇到这种困扰。

动力电池企业宁德时代及比亚迪不断寻求突破。宁德时代推出CTP电池,从磷酸铁锂出发,未来将拓展到高镍三元锂电池,注重电池系统的创新。比亚迪主推刀片电池技术,以磷酸铁锂电池作为基础,注重工艺的创新。在高工锂电研究所研究员左伟峰看来,双方各有优势,但也各有短板。

CTP技术有望将电池包体积利用率提高,通过减少零部件数量,进而能够降低近三成的成本;而刀片电池则在工艺层面进行创新,能够通过有效提高能量密度三成,达到降低成本、提高效率的效果,左伟峰认为,两者均在一定程度上解决了自身技术所具有的缺陷。

近期,工信部部长苗圩在参加论坛时曾表示,2020年新能源汽车补贴不会大幅度退坡。根据目前国家规定的以能量密度为主的乘用车补贴政策,三元锂电池能够轻松跨过140Wh/kg的关口,而磷酸铁锂电池则一直难以达到,但根据首款搭载第一代刀片电池的汉EV的能量密度来看,磷酸铁锂电池也有望突破补贴的“及格线”,这也使磷酸铁锂电池重新得以关注,而刀片电池通过加长、加薄电芯,使在同等体积的电池下,能够保证续航里程提高至与三元锂电池可竞争的水平。

不过,两者也存在弱点。以刀片电池为首的磷酸铁锂电池仍然要面对电芯长度所引发的成本提高,以及可耐温度较低的考验,而对于搭载CTP技术的高镍电池来讲,尤其是对于特斯拉等模组化趋势较明显的整车厂,其整体系统化会导致维修难度的增高。因此,前者主要着眼于比亚迪即将进行动力电池部门的分割后,凭借比亚迪在商用车的应用基础,向乘用车企业进行推广。而宁德时代则将CTP技术的推广对象转向缺乏技术系统化整合的本土车企,而在模组搭配完整的外资车企,则主要采取类似于特斯拉的定制化电池生产政策。

韩系部分电池企业及蜂巢等少部分国内企业则开始探索由高镍三元电池向NCMA四元电池软包模组化进阶的路线。第一财经记者了解到,NCMA四元电池概念提自2016年,由韩国汉阳大学及韩国本土动力电池企业共同提出,该路线指在镍钴锰三元电池的材料中掺入部分铝元素,抑制铝元素的不稳定杂质生成,从而显著的提升材料的循环寿命。

不过,NCMA电池尚未进入市场应用阶段,动力电池企业还是主攻三元电池,即便如此,以LG化学为代表的590软包模组,仍由于在模块的系统化方面具有技术的优势,不仅能量密度可达180Wh/kg,还可以做到在同样条件下的生产成本低于国内大多数企业。动力电池市场调研机构SNEResearch的CEO金光宙表示,虽然目前宁德时代能够生产最高约178Wh/kg的动力电池组,但同等能量密度下,其生产成本仍然较高。

特斯拉打破完全依赖松下动力电池的局面,一下新增了LG化学和宁德时代两家合作伙伴,开始探索动力电池多元化路线,未来是三元锂电池还是磷酸铁锂占到上风,这将取决于哪种动力电池的技术突破更快并让电动车的成本更低以及更安全。

王铭 本文来源:第一财经 责任编辑:王铭_NA5955
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