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【编者按】动力电池的未来,本就有着不同的路线选择。
“无钴电池”的概念太火了。
最开始,燃起了第一把火。特斯拉放出消息称,他们将采购宁德时代的“无钴电池”。当时很多观点认为,此无钴,其实是磷酸铁锂电池。
不久后,比亚迪再添一把火,他们推出了“刀片电池”,本质上仍是磷酸铁锂电池,但电池容量有所提升,成本大幅降低。
5月11日,宁德时代发布2019年业绩说明会,除磷酸铁锂外,还一直有“无钴电池”的技术储备,更多消息可能要等到特斯拉“电池日”做揭晓了。
5月18日,蜂巢能源开了一场发布会,也与“无钴”有关,推出了两款电池产品,分别是115Ah电芯和L6薄片长电芯。
但是,“无钴电池”的定义准确吗?我们该如何正解“无钴电池”?
▎媒体为何热衷于炒热“无钴电池”?
锂离子电池一般以正极材料来命名。我们耳熟能详的三元锂电池,其正极材料使用了镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂。这正是“三元”的含义。
其中,钴是一个很关键的成分。但是,钴在全球的储备量有限,近几年的价格波动也很剧烈。况且,我国“贫钴”,如果可以降低动力电池中的钴比例,也具有一定的战略意义。
所以,业界一直在努力降低“三元锂电池”中的钴比例。
之前,有人站出来说,我们实现“无钴”了,的确令业界振奋。
但如果实现无钴的途径是“换道”磷酸铁锂电池,这其实是不成立的。因为三元锂电池和磷酸铁锂电池是并行的两条路线。
如果磷酸铁锂可以被称为“无钴电池”,那么,三元锂电池是不是也可以被称作“无铁电池”?
事实上,除了三元锂电池和磷酸铁锂电池之外,动力电池还有“第三条路线”可选,即锰酸锂系列。
从5月18日蜂巢能源的发布会来看,他们主攻的电池产品正是镍锰酸锂电池。就电池本身而言,这不是一项新技术。毕竟,早在20年前,业界对这一技术已有研究,也有车用。只是,蜂巢能源对这一技术进行了深度优化。
镍锰酸锂电池属于锰酸锂系列,化学式为LiNi0.5Mn1.5O4,是由Ni取代锰酸锂(化学式LiMn2O4)中的部分Mn形成的,与锰酸锂有着同样的晶体结构。我们能够见到的纽扣电池用的也是这种正极材料。
蜂巢能源选择锰酸锂路线,并没有问题,因为这本就是一种路线选择。
但是,“无钴电池”的称谓被部分媒体滥用了,其实在无形中“贬低”了三元锂电池。
甚至,由此说三元锂电池行将作古,那就更没有必要了。彼此都是路线选择,只有放在市场中直接对决,才能分出高下。
▎镍锰酸锂电池值得期待吗?
我们特意查找了蜂巢能源申请过的专利,申请日期是2019年1月22日,申请号为201910059236.5,专利名称为“锂电池用正极材料及其制备方法和应用”,配合发布会的一些关键信息,对于技术的理解会更加准确。
在背景技术中,蜂巢能源提到,他们主攻的技术方向是高镍正极材料。为什么要选择高镍氧化物呢?主要因为钴氧化物的价格比较高,而高镍氧化物价格更低,电池容量也可能更高。
正如同选择磷酸铁锂路线一样,当结构优化之后,相同体积下,磷酸铁锂电池的能量还可以再提高30%以上,价格也相对低廉,在新能源补贴大幅退坡时被再度重视。
那么,采用高镍正极材料会遇到什么挑战呢?主要在于高镍氧化物合成时会有锂杂质留在表面,而该杂质可能会与二氧化碳或水发生反应,由此形成碳酸锂,反而阻碍锂离子的自由移动。
蜂巢能源的解决方案是,在正极材料中,掺杂某几类元素,形成层状结构复合氧化物,并且在其表面增加硼包覆层。
不过,考虑到专利保护,蜂巢能源并没有指明具体掺杂了哪几种元素,以及相关比例,但是划定了一个范围。
在发布会上,蜂巢能源具体解释了“掺杂元素”的效果。原理描述如下,其一,通过掺杂无未成对的电子自旋特定元素,减弱电子超交换的现象,降低Li/Ni元素的混排,从而提高导电性能;其二,通过掺杂M-O键能大的元素,减缓晶体在充放电过程中体积的变化,起到稳定结构的作用。
也就是说,蜂巢能源的研发重心在于正极材料,也有想法亲自下场搞定正极材料,并非依靠上游直接供给,其产业链的触手要往前走一步,深度参与,拿下更多的利润。
这也是一种趋势。如果原材料价格波动剧烈,将不利于电池厂商对于技术成本的研判,所以,不妨直接介入原材料,从矿山到电池包,一条龙打通,每个环节都有参与,话语权、利润都可以掌握在自己手中。
此前,宁德时代与矿业巨头嘉能可达成的钴供应大单,同样也是源于此。
正极材料的优化是一方面,蜂巢能源更值得期待的,其实是它的制造工艺。当然,这是一个相辅相成的结果。
按照发布会上的说法,蜂巢能源使用叠片工艺,并非传统的卷绕工艺。这么设计,可以有效提高方形电芯内部的空间利用率,而且叠片结构的平整度更好、应力更均匀,膨胀变形也会更小。
至于PACK端,蜂巢能源将电池包划分为两个矩阵网络,将长形薄片的电池体进行规则排列,由此在电池包内部形成矩阵模块。
结构优化方向,仍是“长形、规则”,与比亚迪“刀片电池”的思路相仿。但其实为了提升能量密度、增加散热面积,将电芯做薄、做长是大趋势。
矩阵化之后,电池的体积能量密度有望提升,还可以节省一些材料成本,长形薄片也有利于电池散热,并且由于形状规则,多个电芯可以分散撞击力,保证一定的刚性安全。
发布会上,蜂巢能源SHOW出的工厂智能化水平,其实更值得期待,这可能是中国自主力量该有的实力。
最后公布的两款电池数据,我们做了截图。
关键点是,*量产电池最早于明年6月下线,第二款电池可达到135度电容量,续航里程880公里,合作方来自于长城汽车,保持期待。
▎写在最后
动力电池的未来,本就有着不同的路线选择。之前对能量密度过于看重,所以三元锂电池的声量更大。如今,行业内对动力电池的性能评价更加全面,在成本、安全、稳定性等的综合考量下,技术路线选择也更加丰富。
经过结构优化,磷酸铁锂电池再次被重视,其成本优势也就体现出来了。至于,镍锰酸钾电池,其实也是另一条路线选择。
有一个共同点是,大家都在结构优化上投入了很多精力。比如,宁德时代的CTP技术,比亚迪的“刀片电池”结构,以及蜂巢能源的长形电池、矩阵模块,甚至也有CTP技术的储备。
大趋势几乎已确定,最终就看各家落地的产品了。
所以,作为行业观察者的媒体,没有必要刻意鼓吹某一种选择。客观、理性,这才是该有的态度。
1、沪电股份:投资逻辑再梳理:PCB竞争力第一梯队,5G催化估值提升
维持盈利预测,维持买入评级。维持沪电股份2018/2019/2020年收入预测54.4/61.2/71.0亿元,净利润预测5.44/6.42/7.46亿元。基于公司在通信和汽车PCB领域的技术和客户优势,看好公司持续的投资价值,当期估值22X,低于可比公司28X,维持“买入”评级。
关键假设点:
预计通讯板业务2018-2020年收入分别为34/37/41亿。2014年以来,受搬迁影响,公司通讯板毛利率下降,随着产能整肃完毕,有望于今年反转并逐步回归20%毛利水平。
预计2018-2020年汽车板收入分别为15/18/24亿元,由于该领域具有高壁垒,毛利水平有望维持22%。
预计2018-2020年办公工业设备板收入分别为4.3/4.5/4.8亿元,由于产能利用率回升,毛利率回升至22%-23%。
消费电子板不是公司主要拓展方向,预测将基本维持当前水平。
有别于大众的认识:从技术、客户、产品单价等角度,宜将其定位于通讯与汽车PCB第一梯队厂商。
股价表现的催化剂:5G大规模商用进度加快。
核心假设风险:高端通讯板行业竞争格局恶化,智能汽车发展进度不及预期。
2、先导智能:斩获宁德时代9亿订单,H2有望迎来订单高峰
事件:近日,先导智能对其本部及全资子公司珠海泰坦近期陆续收到其主要客户宁德时代的中标通知进行了公告。本次中标的产品包括卷绕机及化成机、容量机等设备,本次中标充分说明先导在锂电设备领域的优势竞争地位,并有利于先导在新能源电池领域业务的稳步增长与拓展。
核心观点
产品&订单金额:根据公司公告,公司本部及泰坦此次中标合同合计为9.15亿元,其中本部收到的订单为5.65亿元,泰坦收到订单3.49亿元。本次本部中标的项目为卷绕机设备,泰坦中标项目为化成机及容量机设备。
宁德时代后续订单有望陆续释放,泰坦份额占比提升:根据先导卷绕机在宁德时代体系中份额的历史占比及卷绕机在整线投资中的价值占比,我们预计此次中标的设备对应产线为10条上下,而根据宁德时代此次募投项目规模(预计24条产线),预计先导有望陆续收到来自宁德时代的订单。另一方面,根据化成分容设备在整线投资的占比及此次泰坦中标的金额来看,预计泰坦的设备在宁德时代体系内的占比在70%上下。
银隆问题成功化解,H2有望斩获订单:根据公司近期的公告,公司通过协商积极化解银隆订单风险,预计9月底完成全部产品的验收,并于10个工作日内取得商业承兑汇票(订单金额调整至原来的86%左右)。根据宁德时代的规划和公司整体的份额,公司后续还有望陆续收到宁德时代价值14亿左右的采购订单。另一方面,随着海外龙头LG等公司在华扩产力度的不断加大,我们认为公司作为上述海外龙头企业的合作伙伴,有望直接受益其扩产步伐的加速。
财务预测与投资建议
我们预测公司2018-2020年每股收益分别为0.92、1.30、1.58元,根据可比公司估值,我们认为目前公司的合理估值水平为2018年的38倍市盈率,对应目标价34.96元,维持买入评级。
风险提示
新能源汽车政策波动风险,锂电厂商扩产不及预期,光伏产业政策波动/及海外扩展风险,光伏组件扩产不及预期风险。
3、华帝股份(002035,股吧):弱市中迎来及时雨,现金流有望显著改善
事件:
华帝股份(002035,股吧)2018年9月25日收到证监会核发的《关于核准华帝股份(002035,股吧)有限公司非公开发行股票的批复》(证监许可[2018]1438号),核准公司非公开发行5910万股新股,自核准发行之日起6个月内有效。
定增有望大幅缓解渠道现金流压力,提振经销商信心。
公司此次定增于2016年9月召开董事会提出,募集资金用途为:3.15亿元用于营销网络建设、生产线技术改造与洗碗机产能各投资1.1亿左右。2017年经销商对渠道建设已使用部分自有资金进行投入,后续叠加行业下行,造成资金与现金流相对紧张。而此次拿到批文,预计将于Q4发行完毕,募集资金将有3亿元用于补贴经销商前期用于门店升级的相关款项,有望大幅改善渠道体系的资金状况,帮助经销商度过行业下行期。
经销商认购定增,加强利益绑定驱动中长期成长。
公司此次定增参与方中,除大股东与三位自然人外,34个核心经销商成立的珠海华创投参与认购定增1亿元。进一步强化了经销商与上市公司利益的绑定,有利于公司中长期的持续健康增长。
基本面底部明确,预计三季度报表质量将出现改善。
行业需求下行的压力下,公司一直在积极调整应对,一方面,利用世界杯等热点营销带动终端销售保持良好增长,并派驻销售人员积极指导经销商零售,库存得到有效消化。另一方面,公司主动提高信用销售比重,对经销商给予资金层面支持。我们预计Q3公司收入仍有望保持两位数以上增长,同时叠加经销商信心恢复以及电商大客户应收款追回,公司经营现金流也将出现环比改善,基本面底部明确。
盈利预测、估值与评级
公司前期因行业压力及市场情绪影响跌幅较大,而厨电行业从长期来看仍是家电成长潜力*的子行业,公司过去两年在治理结构改善带动下,无论是外部的品牌定位还是内部管理效率,均得到大幅提升。此次定增将保障公司及其渠道体系在行业压力期的健康经营,进一步夯实基本面底部,公司未来成长仍可期待。预计2018~20年摊薄后EPS为0.75/0.94/1.15元,当前对应估值仅14/11/9倍,维持“买入”评级。
4、林洋能源:优质光伏企业,估值洼地
主要观点:
林洋能源是优质的光伏企业,集光伏电站运营、高效光伏电池及组件生产、光伏EPC业务于一体。目前,公司建设的光伏电站并网装机容量已接近1.5GW,电站运营情况良好,并网电量比例超过95%,能为企业带来长期的现金流。
公司N型高效双面单晶电池及组件具有较强的市场竞争力,多个项目入选光伏领跑者计划。公司光伏电池组件转换效率达21.5%,且具有结构简单、制备成本低、易量产等优点,产能以自建电站和EPC使用为主,受“531新政”的影响较小。
凭借光伏电站的建设经验和高效电池组产品,公司EPC业务将进一步拓展,成为公司新的利润增长点。2018年,公司承接中广核11.09亿元光伏EPC项目,占公司2017年度营业收入的30.90%。
公司基于对未来发展前景的信心以及对公司价值的认可,拟以不超过7.60元/股的价格回购公司股票,资金总额不低于1亿元且不超过5亿元。投资建议:预计公司2018-2020年净利润分别为7.47亿元、8.15亿元和8.78亿元,EPS分别为0.42元/股、0.46元/股和0.50元/股,对应PE估值分别为11.65倍、10.68倍和9.91倍。公司是优质的光伏企业,光伏电站运营规模大,能为企业带来长期现金流,N型电池具备良好的市场竞争力,光伏EPC将进一步提升公司盈利能力。当前估值处在合理区间。*关注,给予买入评级。
风险提示:光伏行业政策风险;光伏电站运营不及预期。
风险提示:地产拖累需求进一步下行;经销商库存风险。
图片来源@视觉中国
文 | 芯锂话
1753年,瑞典化学家格布兰特从辉钴矿中分离出一种带有浅玫色的灰色金属,与当时所有认知中的金属均不相同,后来人们发现这种金属正是高纯度的金属钴。
钴在被发现初期,并没有立刻引起人们的关注,反而因为它具有毒性,而一度被人们敬而远之。然而,随着科学的进步,科学家们逐渐发现,钴十分适合应用于电池之中,现如今越来越多的产品都需要这种金属。
纵观全球市场,钴矿资源分布极为不平衡,钴的产量主要依赖于几大核心矿产公司,这就导致钴的价格很容易受到供需影响。
2018年,钴价就经历了一次过山车。
由于钴价长期处于低位,因此全球*钴矿公司嘉能可在2015年8月宣布关闭位于刚果(金)的两处矿山,导致钴的供给减少近20%。恰时又适逢新能源汽车崛起,作为三元动力电池的核心元素,钴价伴随新能源汽车的放量而迅速攀升,一度达到68.5万元的历史高位。
由于价格上涨,嘉能可重新在2018年扩产钴,当年产量同比增长54%,从而导致钴的供需转为过剩。在钴价上涨过程中,大量中间企业择机囤货,这一方面造成了钴价的快速上涨,另一方面也造成了钴价的快速下跌,*时每吨均价仅为22.3万元。
在此之后,伴随着全球新冠疫情的爆发,以及新能源汽车市场的崛起,钴库存迅速消化,价格逐渐抬升,走出底部。
聚焦今年,钴价再次暴动。年初的时候,钴每吨均价尚处于28万元左右,而到了12月,每吨均价已经高达49万元左右。一年时间,钴价暴涨75%。
在库存金属钴基本消化完毕的当下,叠加全球钴主要产地刚果(金)局势持续动荡,近三分之二中资采矿企业受到影响;另一方面,在全球钴矿关键转运中心南非,奥密克戎变异毒株再度肆虐,钴矿物流出现交货延迟。
二者综合,导致钴价长时间的持续上涨,并仍有进一步涨价的可能。
暴涨暴跌的钴价,始终是电池企业和整车厂心中难以消解的痛。迫于涨价压力,整车厂联合电池厂商不断削减三元锂电材料中钴的用量,但这种方案治标不治本。
在钴价一路上涨的当下,“无钴”会成为锂电池行业未来数年的发展趋势吗?谁又是“无钴”先行者呢?
01 钴,生来昂贵
以上海有色网12月21日现货价格计算,在三元前驱体直接原材料中,硫酸钴(≥20.5%国产)每吨均价高达9.925万元,电池级硫酸镍每吨均价3.475万元,电池级硫酸锰每吨均价仅约1万元。
不难看出,硫酸钴价格是其他两种材料的数倍,也正因此,钴的价格对三元电池的成本影响极大。
市场经济之下,产品的价格取决于供给和需求,而钴的高昂售价和大幅波动,也正是两者叠加的结果。
供给端,钴本身是一种极为稀缺的金属。根据美国地址勘探局(USGS)数据显示,2020年探明钴矿储量仅710万吨。如果按照2020年开采量进行估算,全球现有钴矿可开采年限约为50年。
更为重要的是,全球钴矿储量和产地都十分集中。仅刚果(金)一个国家就占据了全球钴矿储量的50.70%,此外澳大利亚钴资源储量占比约19.72%,古巴占比约7.04%,三个国家占据全球钴矿近8成的储量。
产量方面,这种不均衡表现更为显著。在2020年全球14万吨的总产量中,刚果(金)产量即高达9.5万吨,占全球产量的7成。在全球钴矿企业中,嘉能可是*的巨头,2020年产钴2.7万吨,约占全球总产量的21.6%。
刚果(金)之外,南非是全球钴供应链又一个关键节点。从刚果(金)产出的钴矿,主要通过公路运输至南非的德班港,之后运至全球货物目的地,也正因此,南非成为全球钴矿的关键转运中心。
产能集中,运输路线集中,这就导致全球钴矿供应链刚性极强。一旦出现突发事件,钴供应马上会受到影响,进而导致钴价暴涨。
另一方面的应用端,钴的场景十分广泛,但大规模的需求却集中于几个大的下游市场。钴最早的应用领域是染色剂;到了20世纪,钴*的应用市场是高温合金,对应的下游是航空业,钴矿应用规模尚小。
进入21世纪后,随着钴在化学应用,尤其是电池材料上的需求快速攀升,电池行业用量超过高温合金行业,成为钴的*的消费终端行业。在2020年全球钴消费结构中,电池行业应用占比高达68.80%。在我国,由于3C制造业和锂电池产业向中国转移,电池行业占我国钴消费的8成以上。
近年来,新能源汽车的崛起,动力电池成为钴的新增量需求。据安泰科预计,2021年全球钴消费结构中,3C锂电占比36%,动力电池将占比31%。
长期来看,3C锂电和动力电池都是规模庞大且稳定高速增长的市场。在全球产业发展大趋势下,市场对钴的需求十分刚性。在供应链刚性和需求刚性综合影响的市场格局下,钴的价格自然居高不下,且波动极大。
02 三元电池不可或缺的稳定剂
供需趋紧决定了钴价必不便宜,而刚性供应链决定了某些时候钴价将更加高昂。出于商业考量,近年来三元电池材料“无钴”的呼声越来越高。
自商业应用以来,能量密度、安全性、成本形成了现阶段动力电池发展的“不可能三角”。
目前来看,锂离子电池主要的正极材料包括三元材料(包括镍钴锰 NCM和镍钴铝 NCA)、磷酸铁锂(LFP)、钴酸锂(LCO)和锰酸锂 (LMO)。其中钴酸锂体积能量密度高,在3C消费品中是当仁不让的霸主。在动力电池领域,目前主要包括两种,三元材料和磷酸铁锂。
磷酸铁锂成本低,安全性好,循环寿命好,但能量密度低,低温性能不好;而三元材料能量密度更高,高低温性能好,但成本较高。可以说,两种电池材料都不完美。
于是便出现了两条改进路线:一是提升磷酸铁锂电池的能量密度,如比亚迪刀片电池,在电芯设计、电池包结构等层面进行优化,比一般铁锂电池能量密度提升50%。另一条路线则是降低三元电池的成本,于是“无钴”就应运而生。
但实际上,在三元材料研究中,“无钴”从来不是一个新鲜的概念。在锂电池的发展过程中,一众研究人员已经对正极材料的各种组合进行过无数次的实验,三元正极中“钴”的引入和剔除以及相应变化对动力电池属性的影响,自然也是经验证的课题。
结果呢?三元成为商业化最为成熟的动力电池材料之一。钴没有被剔除,自然有其不得不保留的原因。
实际上,在镍钴锰三元材料中,钴的作用不容忽视。在三元材料动力学性能和结构上,钴的存在具有极大的增益效果。一般来说,钴的作用在于可以稳定三元材料的层状结构,提高材料的循环和倍率性能。同时钴的存在,一定程度上可以抑制高镍带来的锂镍混排问题。
但最为关键的是,钴对于三元正极材料的热稳定性起到了具有主导性的作用。
近年来,为提升动力电池能量密度,镍的占比不断提升。但与此同时,热稳定性成为了三元动力电池的*短板。
实验数据显示,在三元电池放电中,钴由于独特的化学特性能够先于Ni元素发生还原而占据四面体位置,从而延缓了镍元素的迁移,进而推迟释氧放热反应,提高三元电池的热稳定性。
从目前公开资料来看,NCM811和NCA两种含钴较低的动力电池,能量密度提升显著,但在安全余量上略低于NCM523和NCM622。
也正因此,在NCM811电池和NCA电池使用时,整车企业往往配合其他的动力电池技术提高安全性,如广汽集团的弹匣电池,以及特斯拉的圆柱电池等等。
总而言之,动力电池是一个系统性的工程,牵一发而动全身。目前来看,在保证三元电池综合效能上,钴仍然不可或缺。
03 谁先“抛弃”了钴?
在三元材料体系内,目前达成的共识是,一方面通过高镍实现更高的能量密度,另一方面通过减少钴的用量来降低总体成本。
于是我们可以看到,三元正极材料正加速从 NCM523、622 等中镍向 NCM811、NCA 等高镍化方向加速渗透。根据 SMM 统计,NCM811 在三元正极材料中的占比从2018年1月的 1%提升至2021年9月的 38%。在这个过程中,电动汽车钴用量逐渐减少。
以特斯拉为例,特斯拉最早的电动跑车Roadster,使用的是更昂贵的钴酸锂,而到Model 3的NCA体系,钴的使用量减少了60%。据特斯拉透露,在2012年特斯拉的钴使用量为平均每辆车11千克,2018年这一数字已经减少到了4.5千克。
钴用量不断减少,但仍然存在,真正意义上的“无钴”电池,尚未出现。
需要注意的是,锂电池行业追求的“无钴”电池,是在保有三元体系高能量密度特性的同时,实现高安全性和低成本,形成一种更完美的动力电池解决方案,而并非其他不含钴材料如磷酸铁锂等。
实际上,真正的三元体系“无钴”电池,目前仅处于“技术储备”层面,尚未成为全行业的重点布局方向,但仍有多个企业在无钴方向探索,长城汽车旗下蜂巢能源即是先锋之一。
蜂巢能源最早从2018 年就开始投入研发无钴电池,并在2020年9月发布无钴电池两大产品平台,并在当年12月接受全球预订;如今其*无钴电池产品已经能够量产下线。
在今年的第二十四届成都国际车展上,*搭载蜂巢能源无钴电池包的量产车型长城欧拉樱桃猫正式亮相,虽然樱桃猫搭载的无钴电池包的系统密度并不高,系统能量密度仅为170Wh/kg,但它却标志着动力电池行业正式进入无钴时代。
此外,关于无钴电池的后续产品规划,蜂巢能源董事长兼CEO杨红新表示,蜂巢能源无钴电池目前共规划四款量产产品,分别是无钴H系列115Ah电芯,155Ah电芯,H Plus系列157Ah电芯,和无钴E系列115Ah电芯,覆盖全部车型超长里程。其中无钴H系列115A电芯和155Ah电芯能量密度为240Wh/kg,115Ah产品已经率先实现量产装车。
12月16日,蜂巢能源宣布首条无钴电池量产线在安徽省马鞍山经开区蜂巢动力锂离子电池项目基地投用,无钴电池和HEV电池开始量产下线。
除蜂巢宣布量产外,其他厂商对于无钴方向多止于技术层面。如近日宁德时代在投资者关系平台上回复,其对于无钴电池、全固态电池、无稀有金属电池等下一代电池和行业内的新兴技术,始终保持高度关注并开展技术布局。
根本上说,动力电池的无钴化是一个相当宏大的课题。从基础科学研究理解工作机理,再到实验室进行材料实验,进一步放大至商业化大生产阶段,是一个漫长的过程。无钴电池的商业化,必须要所有配套材料同步革新,这更是一个十分复杂、相当缓慢的事情,目前来说,任重道远。
更完美的动力电池解决方案始终是一众电池厂商追求的方向,“无钴电池”上半场中,更早进行“无钴”布局的蜂巢能源无疑抢得先机。但随着特斯拉和宁德时代等巨头的入局,这场关乎动力电池材料效率和成本的战争远远没到终结的时候。
业内坦言,锂电正极材料提高镍含量、实现无钴化后,电池的能量密度达到了极限。但在热稳定性、循环寿命、倍率性等方面还存在技术壁垒。
无钴电池,无疑是今年动力电池产业的一大热点。
年初,特斯拉表示将使用无钴电池,并称,“无钴,不一定代表是磷酸铁锂”;随后,宁德时代在业绩说明会上表示,公司一直有无钴电池的技术储备;之后,蜂巢能源率先发布了两款基于镍锰二元正极材料打造的无钴电池产品……
国内外企业相继布局无钴电池的同时,资本市场也闻“钴”而动。在日前召开的第8届中国电池新能源产业国际高峰论坛上,北京大学教授其鲁坦言,从材料合成结果来看,完全***的镍酸锂不稳定,如果没有钴,电池衰减非常快,其化学结构也会发生变化。有钴,且有不少于5%的铬,才能让镍酸锂变成稳定的材料。
有利于降低电池成本
目前电动汽车主流配套的三元锂电池,其正极材料为镍钴锰或镍钴铝,钴在其中起着稳定材料层状结构、提高材料循环和倍率性能的作用,是正极材料中不可或缺的一员。
但钴也有缺点——资源稀缺,价格昂贵。全球钴储量仅有710万吨,且集中分布在政局不稳定的刚果(金)。近年来,钴价多次出现过剧烈波动,全年涨幅高达130%。在开采过程中,使用童工、手挖矿等问题也让钴的应用蒙上了阴影。
近10年,电池供应商、正极材料企业都在想方设法减少钴的用量。最初,钴酸锂正极材料含钴量约为59%,之后的镍钴锰三元材料在111/523/622/811四种配比下,钴含量分别降为18%、12.2%、12%、7%。
降低钴含量,可以起到降低电池成本的作用。蜂巢能源科技有限公司电芯研发中心总经理高飞表示,钴价对电池成本影响显著,且受供需关系影响较大,发展少钴、无钴技术,或提前锁定钴价,是推动电池持续降本的重要保障。
相关统计显示,全球动力电池领域用钴需求量将从2019年的1.82万吨大幅上升至2025年的6.35万吨,年复合增长率达到23.2%。高飞算了一笔账:生产1辆特斯拉ModelS将消耗13.68公斤钴。如果目前全球钴储量的30%用在电动汽车上,折算下来,约支撑1.7亿辆车的生产规模,电动汽车每年按500万的销量来算,30年左右,钴将消耗殆尽,“而全部使用无钴电池,总成本可以降低26亿美元。”
蜂巢能源已于去年9月率先发布了无钴正极电芯产品。据高飞介绍,蜂巢无钴电池分为E平台和H平台,共规划四款产品,容量为90Ah到226Ah不等。电芯*可实现880公里续驶里程,预计于2021年6月量产。
固有缺陷难消除
那么,无钴电池真的渐行渐近了吗?
蜂巢能源的无钴材料路线很清晰——在镍酸锂的基础上加锰,即镍锰电池。
“无钴两元材料存在固有缺陷,从验证结果来看,无钴镍锰(NM7525)材料克容量与镍钴锂(NCM622)接近,但循环性能和倍率性能略差,材料热稳定也低于后者。”格林美股份有限公司副总经理潘骅坦言,锂电正极材料提高镍含量、实现无钴化后,电池的能量密度达到了极限。但在热稳定性、循环寿命、倍率性等方面还存在技术壁垒。
高飞坦言,无钴材料存在三大隐患:层状结构不稳定、高比例锂镍混排问题;较低的倍率性能;高电压体系下,循环稳定性较差。他表示,蜂巢能源通过阳离子掺杂技术、单晶技术和纳米网络化包覆技术,对前驱体、粉末尺寸、电芯化学体系进行优化,实现了无钴化,已在车辆上进行实测。
此外,对大家担心的钴资源枯竭问题,业内人士认为不必悲观。“2019年车辆用钴量是1.82万吨,不到用钴总量的15%。”浙江华友循环科技有限公司总经理鲍伟认为,即使未来三元正极材料向高镍化方向发展,但伴随新能源汽车销量增长和单车带电量大提升,动力电池整体用钴量仍将保持高速增长,“中长期高镍三元趋势不会改变,无钴电池的影响,预期大于实质意义。”
其鲁表示,目前钴资源可以做到近***回收,无限循环使用,不用过多担忧。
在鲍伟看来,钴价并不是真的昂贵,而是作为小众金属,容易被炒作、被资本市场搅动。“作为钴金属生产商,我们也特别希望钴价稳定,维持在30万元/吨左右较好。”
不能牺牲安全性
不可忽视的是,电池作为核心部件,很大程度上直接决定车辆的性能。追求无钴,万万不能牺牲安全性。
亿维锂能董事长刘金成向
即便是低钴的镍钴锰811电池也被爆出多起安全事故。“低钴电池是一种市场导向,企业开发了便往前推。”国轩高科*副总裁徐兴无坦言,低钴811电池确实存在不少问题,建议缓一缓,是比较明智的选择。“降低能量密度对安全是有好处的,等技术真正成熟再大批量上车。”
据了解,高活性的镍占比越大,正极材料的热稳定性就会相应降低。也就是说,当电池遇到过充、高温、外力冲击等情况时,更容易引发热失控。
那么,是否可以通过其他材料来代替钴的作用?潘骅表示,格林美已经完成了从中镍、低镍到高镍的全系列的技术储备,公司正在探索开发铝、硼、镁元素来取代钴。
潘骅预计,基于成本优势,无钴材料会率先在价格敏感的领域,比如两轮车、储能等应用场景上使用。整体来看,无钴材料的技术和性能还存在缺陷,取代镍钴锰或镍钴铝还需要很长一段时间,行业仍需进一步攻关。
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