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”?!扳挕睉糜谌w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用的當下,現(xiàn)實應用中,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,這項技術已經(jīng)在研發(fā)當中?!?/p>
但是,從“未來的現(xiàn)實”看來,這項去鈷技術,還需要時間?;氖恰八上滦奸_發(fā)無鈷電池的同時,卻訂購了三倍于現(xiàn)在數(shù)量的鈷。看來,技術進步,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,多領域應用。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,多元化應用、回收體系的不斷建設、結(jié)合低鈷電池的應用的量產(chǎn),也真得不至于讓我們?nèi)タ只拧?/p>
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。
來源:第一電動網(wǎng)
作者:平全文
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