擔(dān)憂掣肘新能源發(fā)展，談“鈷”無(wú)須色變

時(shí)間:2018-11-19 14:50來(lái)源:第一電動(dòng)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(dòng)力電池價(jià)格或大漲….”，盡管是預(yù)測(cè)性判斷，但頗有談“鈷”色變的味道。其實(shí)，市場(chǎng)就是市場(chǎng)，誰(shuí)也左右不了，更何況，對(duì)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(guò)于擔(dān)憂“缺鈷”的問(wèn)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(yǔ)句： “我們是焦慮的，但是也沒有恐慌的理由”。當(dāng)然了，這句名言是談新能源全局問(wèn)題的。
 
        從另一個(gè)角度看市場(chǎng)，其實(shí)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(chǔ)量比黃金還要稀少，總儲(chǔ)量約為1.4萬(wàn)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(gè)國(guó)家也是在極少的地區(qū)才有這種稀有礦藏。真是天外來(lái)客呀。就算每輛車使用10g鉑金，面對(duì)這樣的稀缺，如果燃料電迎來(lái)快速發(fā)展，這也是一道難過(guò)的坎。
 
        但是，人們?cè)诎l(fā)展新能源的過(guò)程中，還是抱著一種技術(shù)進(jìn)步的希望。對(duì)于鋰離子電池來(lái)說(shuō)，這種希望可能來(lái)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(wú)鈷鋰離子電池的目標(biāo)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(rùn)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(xué)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(wú)法再次進(jìn)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(guò)高鈷含量，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際容量降低；過(guò)低鈷含量，換取高鎳含量，電池更容易過(guò)熱，加大熱失控風(fēng)險(xiǎn)。
 
圖示：層狀結(jié)構(gòu)LiCoO2
 
        人們擔(dān)心的鈷酸鋰電池不安全，是怎么回事？
 
        其實(shí)，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(fèi)類電子產(chǎn)品市場(chǎng)，仍然占有非常高的份額（一種說(shuō)法占比不小于90%）。但是，鈷酸鋰材料也存在一定的缺陷，耐過(guò)充能力弱，非常容易過(guò)壓。其脫嵌原理是，在充電達(dá)到上限時(shí)，仍有大量的鋰離子留在正極，在過(guò)充狀態(tài)下，正極上多余的鋰離子仍會(huì)向負(fù)極游動(dòng)，因負(fù)極容納鋰離子數(shù)量所限，鋰離子堆積在負(fù)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(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)生更為嚴(yán)重的熱失控。但是，過(guò)壓風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)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(qiáng)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(duì)“鈷”資源擔(dān)憂
 
        在迫切替代燃油汽車的浪潮中，續(xù)駛里程就成了競(jìng)賽的指標(biāo)。但是，羊與長(zhǎng)頸鹿的高度差，并不是草地和大樹的問(wèn)題。是需要自身慢長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程。技術(shù)進(jìn)步也是一樣的。
 
        中國(guó)北方車輛研究所動(dòng)力電池實(shí)驗(yàn)室主任王子冬此前表示，三元電池并非“萬(wàn)金油”，他認(rèn)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(zhǔn)確，但是，在提倡電池多元化應(yīng)用的當(dāng)下，現(xiàn)實(shí)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(tái)車型。
 
        鈷資源稀缺，催生和加快了低鈷或無(wú)鈷電池的研發(fā)走向市場(chǎng)
 
        當(dāng)然了，高能量密度的使命，從“現(xiàn)實(shí)的未來(lái)”來(lái)看，確實(shí)需要三元的“擔(dān)當(dāng)”。三元材料的電池在去鈷的道路上不斷嘗試和進(jìn)步，松下汽車電池部門的負(fù)責(zé)人田村堅(jiān)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(biāo)是實(shí)現(xiàn)無(wú)鈷化，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在研發(fā)當(dāng)中。”
 
        但是，從“未來(lái)的現(xiàn)實(shí)”看來(lái)，這項(xiàng)去鈷技術(shù)，還需要時(shí)間�；氖�“松下宣布開發(fā)無(wú)鈷電池的同時(shí)，卻訂購(gòu)了三倍于現(xiàn)在數(shù)量的鈷�？磥�(lái)，技術(shù)進(jìn)步，并非想象的哪么容易，是需要時(shí)間的。
 
        “鈷”回收將成為鈷資源的重要來(lái)源
 
        “鈷”回收的聲音，其實(shí)一直沒有停歇過(guò)。很簡(jiǎn)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(shí)，開采鈷對(duì)環(huán)境造成的嚴(yán)重破壞，更是讓新能源事業(yè)者無(wú)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(shí)政局的不穩(wěn)，勢(shì)必也是推高鈷價(jià)的隱患。
 
        在供應(yīng)失衡狀態(tài)下，價(jià)格因素，可以催生回收的積極性，同時(shí)，也是修補(bǔ)新能源產(chǎn)業(yè)鏈的動(dòng)力。
 
        1、參考一下全高球鈷分布狀態(tài)：
 


        2、另?yè)?jù)USGS 對(duì)鈷資源在美國(guó)市場(chǎng)逐年情況調(diào)查數(shù)據(jù)顯示（下表中）：2017年鈷價(jià)格翻了一倍。
 
        美國(guó)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(fèi)品中鈷都得到回收，預(yù)計(jì)可達(dá)10萬(wàn)噸。
 
        進(jìn)口來(lái)源:金屬、氧化物和鹽中所含鈷:挪威，16%;中國(guó),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(guó)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(dāng)然，開采利用，還是需要技術(shù)進(jìn)步和時(shí)間的，確實(shí)難解燃眉之急。
 
        現(xiàn)在每輛EV車輛，需要5Kg~30Kg鈷.我們國(guó)家鈷儲(chǔ)量只占全球的儲(chǔ)量的1.1%，確實(shí)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(zhǔn)確，不排除錯(cuò)誤的地方，還望共同探討和進(jìn)步。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 動(dòng)力電池 新能源汽車
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