近年來(lái)，作為電動(dòng)車(chē)鋰離子電池的關(guān)鍵原料，鈷材料由于資源稀缺性，加上不少寡頭礦產(chǎn)公司正在大量囤積鈷，價(jià)格不斷上漲。根據(jù)生意社數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示，2016年年底至2018年4月間,鈷價(jià)曾從20萬(wàn)元/噸一路飆升至逾66萬(wàn)元/噸最高點(diǎn)。隨后，由于電池廠(chǎng)商降低鈷的用量、無(wú)鈷電池技術(shù)路線(xiàn)的提出以及鈷產(chǎn)量的上漲，鈷價(jià)有所回調(diào)。但從長(zhǎng)期來(lái)看，根據(jù)國(guó)際能源署(IEA)預(yù)估，到2020年全球電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量將由2017年的370萬(wàn)輛增長(zhǎng)至1300萬(wàn)輛，市場(chǎng)對(duì)于鈷、鋰、銅等金屬的需求可能會(huì)增長(zhǎng)十倍，剛果(金)新礦業(yè)法也可能導(dǎo)致鈷生產(chǎn)成本和售價(jià)的增加。從能源戰(zhàn)略方面來(lái)考慮，鈷資源的稀缺性迫使企業(yè)降低鈷的用量。
隨著新能源汽車(chē)的普及，汽車(chē)廠(chǎng)商和電池廠(chǎng)對(duì)電池去鈷化的呼聲也越來(lái)越強(qiáng)。目前，一些企業(yè)在不斷降低鈷在三元鋰電池材料配方中的比例，甚至已開(kāi)始研發(fā)無(wú)鈷電池。
為了減輕對(duì)鈷材料的依賴(lài)，三星SDI已對(duì)鋰離電子電池配方進(jìn)行了微調(diào)，目前正在改良技術(shù)試圖將鈷完全剔除，去年松下也已宣布將研發(fā)無(wú)鈷電池，其預(yù)計(jì)，該技術(shù)將在未來(lái)2～3年內(nèi)在量產(chǎn)車(chē)中應(yīng)用。大眾汽車(chē)集團(tuán)正在系統(tǒng)地減少電池的鈷含量，計(jì)劃在將來(lái)三到五年內(nèi)將其減少至5%，并致力于最終實(shí)現(xiàn)電池?zé)o鈷化。最近，國(guó)內(nèi)蜂巢能源科技有限公司（下稱(chēng)“蜂巢能源”）也面向全球首發(fā)了無(wú)鈷材料和四元材料的電芯產(chǎn)品。蜂巢能源方面稱(chēng)，無(wú)鈷電池已具備量產(chǎn)條件，計(jì)劃將在2020年第三季度實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，其性能可以達(dá)到NCM811同等水平，電芯BOM成本可以降低約5%。
不過(guò)，從目前整個(gè)行業(yè)的情況來(lái)看，無(wú)鈷電池仍處于研發(fā)階段，為了降低鈷含量，國(guó)內(nèi)電池企業(yè)大多選擇的是高鎳811的技術(shù)路線(xiàn)。包括比克電池、國(guó)軒高科、寧德時(shí)代、比亞迪等企業(yè)，均在高鎳811電池領(lǐng)域展開(kāi)積極的布局。通過(guò)提升鎳的比重，不僅能提升電池能量密度，也降低了鈷的含量，從而降低了電池成本，但這種路線(xiàn)仍然難以擺脫對(duì)鈷的依賴(lài)。
而無(wú)鈷電池的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)創(chuàng)新研發(fā)使鈷在三元鋰電池材料配方中的比例降至為零。此外，通過(guò)研發(fā)富鋰錳基材料也可以實(shí)現(xiàn)，富鋰錳基材料具備工作電壓高和克容量高特點(diǎn)，且成本比三元材料低。目前，富鋰錳基材料的用鈷量在持續(xù)降低，最終可以實(shí)現(xiàn)低鈷或無(wú)鈷。遨優(yōu)動(dòng)力總經(jīng)理陳光森認(rèn)為，隨著未來(lái)高電壓電解液技術(shù)的成熟，富鋰錳基動(dòng)力電池將成為未來(lái)高比能鋰動(dòng)力電池的主流產(chǎn)品。
“富鋰錳基這種材料成本極低，但是循環(huán)壽命是一大問(wèn)題，而且富鋰錳基的正極容量較高，沒(méi)有很好的負(fù)極材料可以匹配，所以這種材料是全固態(tài)電池的理想材料，因?yàn)楣虘B(tài)電池可以用金屬負(fù)級(jí)，配合在一起可以發(fā)揮最佳的性能。但是如果把富鋰錳基和普通的石墨配到一起，電池容量密度仍然上不去，因?yàn)闀?huì)受負(fù)極制約，仍然有很多的技術(shù)問(wèn)題要解決。”蜂巢能源總經(jīng)理?xiàng)罴t新對(duì)記者表示。
不過(guò)，通過(guò)三元鋰電池材料衍生出來(lái)的無(wú)鈷電池，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)在一定程度上受到影響。作為鋰電池的重要原料之一，鈷能夠明顯提升鋰電池的能量密集度。為了替代鈷，電池廠(chǎng)商往往會(huì)增加鎳的使用量來(lái)提升電池的能量密度。但鎳的使用量增加之后，會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，進(jìn)而影響到電池循環(huán)壽命和安全性。此外，有行業(yè)觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)鈷含量減少后，鎳含量就會(huì)相對(duì)上升。電池不能有效地冷卻，更易過(guò)熱，從而導(dǎo)致自燃。雖然這種風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，但一旦發(fā)生就會(huì)引起重大安全問(wèn)題。此外，低鈷配方需要在特殊的干燥環(huán)境中生產(chǎn)，這也需要額外成本。
在楊紅新看來(lái)，取消掉鈷元素所產(chǎn)生的不是安全問(wèn)題，而是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)壽命問(wèn)題。“因?yàn)殁捠腔瘜W(xué)鍵上穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的，取消鈷后結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化。但是可以通過(guò)攙雜其它元素來(lái)實(shí)現(xiàn)化學(xué)鍵的穩(wěn)定，比如說(shuō)鈦等其他元素。通過(guò)實(shí)際的測(cè)試來(lái)看，無(wú)鈷電池的BSC、熱失控的數(shù)值是好于811的，循環(huán)壽命也與811處于同一水平。”
楊紅新還談到，引起電動(dòng)車(chē)自燃的原因較為復(fù)雜：一是制造缺陷，電池內(nèi)部夾有異物，頻繁使用后刺穿隔膜會(huì)造成的短路、著火；二是負(fù)級(jí)離子不斷嵌入、慢慢漲出，突然刺穿也會(huì)著火。第一類(lèi)問(wèn)題可以通過(guò)高度自動(dòng)化的工廠(chǎng)、控制以及全面在線(xiàn)監(jiān)測(cè)等手段來(lái)降低不良率。但第二類(lèi)問(wèn)題通過(guò)技術(shù)手段很難預(yù)測(cè)，目前仍很難解決。如果這個(gè)問(wèn)題解決了，可以解決很多不明原因的自燃。
“從當(dāng)前來(lái)看，高鎳低鈷仍然是主要發(fā)展方向，短期內(nèi)無(wú)鈷電池仍難成為主流。無(wú)鈷電池的研發(fā)要以保證安全和質(zhì)量為前提，配方比例的改變會(huì)帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)。”電池領(lǐng)域?qū)＜也車(chē)?guó)慶對(duì)記者表示。
