从昨天开始,一则关于特斯拉将使用宁德时代“无钴电池”的新闻迅速传开,然后导致了今天股票市场中两种股票的急剧分化:钴业股票一跪不起,磷酸铁锂凯歌高凑。
然而笔者要说的是:把特斯拉要考虑用磷酸铁锂这事说成使用无钴电池,带有很强的误导性,这样的报导非常不负责任。
磷酸铁锂材料VS三元(镍钴锰)材料,他们分别是什么?
首先这个新闻里说到了磷酸铁锂(所谓的“无钴材料”)对于三元材料的取代,那么磷酸铁锂材料和三元材料分别是什么?
磷酸铁锂材料,化学式为LiFePO4,晶型结构为橄榄石结构,电压平台为3.4V,理论比容量为mAh/g(注意是理论,实际可用没这么高),常常简写为LFP。磷酸铁锂材料结构比较稳定,成本较低(全部基于丰度较高的元素),安全性高,因此目前在电动汽车市场中也有很多应用。
左图:磷酸铁锂LFP材料结构;右图:三元NCM材料结构
三元材料,化学式为LiNixCoyMn1-x-yO2。晶型结构为层状结构,电压为3.6V左右,实际可用容量取决于其中镍:钴:锰的含量比(x:y:1-x-y),常常简写为NCM(镍钴铝NCA材料可以认为是NCM的近亲,两者很类似,在本文中就不展开说明了)。而该系列材料中的镍钴锰比是连续可变的,因此大家常常以这三种元素的比例来为NCM做进一步命名,如NCM(镍:钴:锰=),NCM(镍:钴:锰=8:1:1)。
三元NCM材料中镍钴锰比例可调,摘自文献[1]
与磷酸铁锂材料相比,三元材料的电压平台更高,比容量更高(实际可用容量可达mAh/g),因此能带来更高的能量密度。而随着镍含量的增高(相应的也就带来了钴用量的减少,但是注意,只是相对于镍用量的减少,不是行业总体用量规模),三元材料的比容量会不断升高,还可以进一步提高容量密度。对于电动汽车,大家几乎都知道不能随便开调的痛苦+里程焦虑,因此追求更高的能量密度,使用更高的镍含量的三元材料是目前业内的共同的发展趋势,代表了产业升级的方向。
钴这个材料,目前在电动汽车领域中离的开吗?
很多人看了今天的新闻,再加上刚才的分析,估计就觉得钴行业没前途了,快弃船吧。以及刘博士,你这个说的不也是镍越来越多么,钴不就没用了么?
真的是这样的吗?
钴对于三元材料来说,至少从现阶段仍然是很难摆脱的。
如上所述:三元材料提高镍含量可以提高能量密度,但是相应的也会使材料的稳定性下降,带来材料制备、寿命方面一系列的严苛的挑战。而钴这个有些贵的东西,恰恰是稳定高镍三元材料目前仍然需要的元素,虽然用量可以变少,但是想真把他降到零,很不容易。
钴对三元材料的稳定性的贡献,摘自文献[1]
钴贵,镍多了能量密度高,如果无钴能做出来当然很诱人。那为什么大家不做?当然是因为不好做。实际上至今为止,学术界和工业界一直在做着许多关于无钴三元的工作,但是至少到现在工业界还没有哪家企业能推出基于不含钴三元材料的成熟电芯样品。
什么,你有样品?不经过充分的验证,没有成熟度保证,贸然的用在工程领域大规模推广,这是做工程的思路吗?
即使有了样品,也还要走不少路才能进入实用化。
以及,实验室里做出来的扣电数据更不算。
还需要钴的三元材料:目前以乘用车为代表的电动汽车领域的发展主推力
如刚才所述,无钴三元其实相当难做。其实哪怕是低钴的高镍三元也并不好做(足够难倒广大中游电芯厂商了),对于湿度等控制要求十分严格,所以目前国内也主要是头部的电芯厂才能玩转。
接下来给大家上几张图,可以直观感受一下三元材料电池在电动汽车中的装机占比。乘用车代表着汽车领域的高端产能+保有量保证,而对于乘用车来说,具有一定的能量/续航里程是一个非常现实的需求,因此三元+乘用车自然是目前电动汽车领域中最大的助推力。
中国动力电池装机量,可见NCMNCA占据近2/3,而且绝大部分都装在了乘用车上。
以及今天的新闻的实际内容是:特斯拉要考虑用磷酸铁锂,可没有说特斯拉不用三元/特斯拉的三元不用钴了。也请大家仔细做好这句话的阅读理解工作。
所以,我们还需要钴。
概念辨析:“无钴”到底是说给谁的?是给三元不是给磷酸铁锂
笔者看今天这个新闻真是一肚子火。
对于磷酸铁锂来说,人家就是一个好端端的材料,在储能、客车领域目前应用很好,其低成本优势目前也吸引了越来越多的人重新审视其优点。它的性能与三元材料不同,市场定位已经有了差异化,两者其实可以很好的携手发展,共同繁荣。
但是你说他是无钴?
“无钴”概念在业内已经是
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