擔憂掣肘新能源發(fā)展，談“鈷”無須色變

時間:2018-11-19 14:50來源:第一電動網(wǎng) 作者:網(wǎng)絡(luò)
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        看到近期的一則信息 “剛果暫停‘鈷’出口，動力電池價格或大漲….”，盡管是預(yù)測性判斷，但頗有談“鈷”色變的味道。其實，市場就是市場，誰也左右不了，更何況，對于鋰離子電池家族，還有磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池，不需要過于擔憂“缺鈷”的問題。借用上汽朱軍總談新能源的“焦慮與思考”一文中的精典語句： “我們是焦慮的，但是也沒有恐慌的理由”。當然了，這句名言是談新能源全局問題的。
 
        從另一個角度看市場，其實掣肘新能源發(fā)展的稀缺資源，何止是“鈷”呢，燃料電池所使用的催化劑“鉑”，更是稀有元素，到目前為止，還沒有找到更高效能，能替代“鉑”金的材料。而且全世界鉑金儲量比黃金還要稀少，總儲量約為1.4萬噸，而且高度集在南非和俄羅斯，約占98%，更為稱奇的是，在這兩個國家也是在極少的地區(qū)才有這種稀有礦藏。真是天外來客呀。就算每輛車使用10g鉑金，面對這樣的稀缺，如果燃料電迎來快速發(fā)展，這也是一道難過的坎。
 
        但是，人們在發(fā)展新能源的過程中，還是抱著一種技術(shù)進步的希望。對于鋰離子電池來說，這種希望可能來得更快、更容易一些：例如，811鋰離子電池低鈷技術(shù)的加速量產(chǎn)、松下制定無鈷鋰離子電池的目標等等。
 
        “鈷”在鋰離子電池中的作用到底是什么
 
        鈷在鋰離子電池中作用，類似于“具有潤滑劑的框架”。“鈷”應(yīng)用于三元體系鋰離子電池的正極材料中�；瘜W角度，其作用在于可以穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu),能夠讓鋰離子自由的移出或嵌入層間結(jié)構(gòu)，保證層狀的足夠“通暢”。如果，層狀結(jié)構(gòu)損壞，鋰離子將無法再次進入。從電特性角度，是提高了材料的循環(huán)和倍率性能。但是過高鈷含量，會導(dǎo)致實際容量降低；過低鈷含量，換取高鎳含量，電池更容易過熱，加大熱失控風險。
 
圖示：層狀結(jié)構(gòu)LiCoO2
 
        人們擔心的鈷酸鋰電池不安全，是怎么回事？
 
        其實，單純的鈷酸鋰材料是鋰離子電池正極材料的鼻祖。迄今為止，在消費類電子產(chǎn)品市場，仍然占有非常高的份額（一種說法占比不小于90%）。但是，鈷酸鋰材料也存在一定的缺陷，耐過充能力弱，非常容易過壓。其脫嵌原理是，在充電達到上限時，仍有大量的鋰離子留在正極，在過充狀態(tài)下，正極上多余的鋰離子仍會向負極游動，因負極容納鋰離子數(shù)量所限，鋰離子堆積在負極表面，形成析鋰。由于金屬鋰是樹枝狀的晶體，被稱為枝晶，枝晶一旦形成，就有刺穿隔膜造成內(nèi)部短路的風險，產(chǎn)生更為嚴重的熱失控。但是，過壓風險，通過電池管理技術(shù)也是可控的。
 
        如果單純從理論的角度，正極材料穩(wěn)定性、安全性排序：LFP＞LMO＞NMC＞NCA＞LCO。
 
        這里需要強調(diào)的是，前面所述鈷酸鋰是單一的材料，不同于三元的鎳鈷錳或鎳鈷鋁材料。但是，由“鈷”遺傳的不安全性，還是存在的。
 
        透支正極材料高能量密度，三元需求加劇了對“鈷”資源擔憂
 
        在迫切替代燃油汽車的浪潮中，續(xù)駛里程就成了競賽的指標。但是，羊與長頸鹿的高度差，并不是草地和大樹的問題。是需要自身慢長的進化過程。技術(shù)進步也是一樣的。
 
        中國北方車輛研究所動力電池實驗室主任王子冬此前表示，三元電池并非“萬金油”，他認為磷酸鐵鋰電池同樣具有良好的發(fā)展前景。盡管我有些斷章取義，理解的也不一定準確，但是，在提倡電池多元化應(yīng)用的當下，現(xiàn)實應(yīng)用中，三元電池并不是唯一的選擇，目前三元材料電池更多的還是應(yīng)用于乘用車平臺車型。
 
        鈷資源稀缺，催生和加快了低鈷或無鈷電池的研發(fā)走向市場
 
        當然了，高能量密度的使命，從“現(xiàn)實的未來”來看，確實需要三元的“擔當”。三元材料的電池在去鈷的道路上不斷嘗試和進步，松下汽車電池部門的負責人田村堅表示：“我們已經(jīng)大大降低了鈷在電池中的含量，鈷在三元電池中的比例已經(jīng)降到3％（tesla model 3），現(xiàn)在我們的目標是實現(xiàn)無鈷化，這項技術(shù)已經(jīng)在研發(fā)當中。”
 
        但是，從“未來的現(xiàn)實”看來，這項去鈷技術(shù)，還需要時間�；氖�“松下宣布開發(fā)無鈷電池的同時，卻訂購了三倍于現(xiàn)在數(shù)量的鈷�？磥�，技術(shù)進步，并非想象的哪么容易，是需要時間的。
 
        “鈷”回收將成為鈷資源的重要來源
 
        “鈷”回收的聲音，其實一直沒有停歇過。很簡單，鈷不僅僅是制備電池的材料，是稀有金屬，多領(lǐng)域應(yīng)用。同時，開采鈷對環(huán)境造成的嚴重破壞，更是讓新能源事業(yè)者無法忍受。另一方面，剛果資源輸出占全球總量的一半以上，其實政局的不穩(wěn)，勢必也是推高鈷價的隱患。
 
        在供應(yīng)失衡狀態(tài)下，價格因素，可以催生回收的積極性，同時，也是修補新能源產(chǎn)業(yè)鏈的動力。
 
        1、參考一下全高球鈷分布狀態(tài)：
 


        2、另據(jù)USGS 對鈷資源在美國市場逐年情況調(diào)查數(shù)據(jù)顯示（下表中）：2017年鈷價格翻了一倍。
 
        美國大量回收鈷廢料:在2017年，占到鈷消耗量的33%。
 
        到2030年，如果把所有消費品中鈷都得到回收，預(yù)計可達10萬噸。
 
        進口來源:金屬、氧化物和鹽中所含鈷:挪威，16%;中國,15%;日本,11%;芬蘭,9%;和其他,49%。
 
        Recycling: In 2017, cobalt contained in purchased scrap represented an estimated 33% of cobalt reported consumption.
 
        Import Sources (2013-16): Cobalt contained in metal, oxide, and salts: Norway, 16%; China, 15%; Japan, 11%; Finland, 9%; and other, 49%.
 
        Recycling could theoretically help address supply concerns by providing 100,000 metric tons of cobalt a year by 2030, if all consumer electronics batteries are harvested. 
 
        3、我國的格林美開采“城市礦山”資源，每年回收的鈷資源也在2000噸以上，維持在很高的水平。
 
        小結(jié)：
 
        鈷在陸地的存在，多以附生礦存在，主要伴生鐵、鎳、銅等礦產(chǎn)中。盡管在陸地上有限的，但是，海洋中潛在鈷資源的總量約為23億噸。當然，開采利用，還是需要技術(shù)進步和時間的，確實難解燃眉之急。
 
        現(xiàn)在每輛EV車輛，需要5Kg~30Kg鈷.我們國家鈷儲量只占全球的儲量的1.1%，確實也是焦慮的事情。但是，多元化應(yīng)用、回收體系的不斷建設(shè)、結(jié)合低鈷電池的應(yīng)用的量產(chǎn)，也真得不至于讓我們?nèi)タ只拧?/div>
 
        注：文字描述中，注重了通俗易懂，很多描述和比喻從理論的角度，不一定完整和準確，不排除錯誤的地方，還望共同探討和進步。
 
(責任編輯：子蕊)
文章標簽： 動力電池 新能源汽車
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