AutoR智驾 | 2020-02-27 10:56
作者:诺一
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特斯拉“无钴”之争
现阶段特斯拉虽然没有明确“无钴”具体的技术方案，不过可以看到目前特斯拉在电池技术选择上应该采用两种路线：一种是引入不使用钴的磷酸铁锂电池，另一种则是采用NCM811高镍电池向NCMA（镍钴锰铝）四元电池进阶的路线，并在生产过程中用其他元素逐渐代替钴。
电动汽车未来的成功可能取决于放弃电池中的一种关键成分：重金属钴。近日，据路透社报道称，特斯拉正与宁德时代进行“深入谈判”，在某些产品中使用无钴电池。若这一谈判最终落地，意味着磷酸铁锂电池将进入特斯拉生产线。
据机构市场称，特斯拉正与宁德时代的锂电池供应谈判中，计划在中国制造Model 3车型中使用无钴电池，以更换目前特斯拉所适用的松下811三元锂电池。不过，特斯拉与宁德时代两家公司都没有对该报告发表公开评论，但马斯克此前发推文称，特斯拉现有电池的钴使用量不到3%，“新一代电池”将不会使用钴。受此消息影响，比亚迪、丰元股份、德方纳米、湘潭电化等多家相关企业股票涨停。另一利好信息是，工信部近日印发《关于有序推动工业通信业企业复工复产的指导意见》「以下简称《指导意见》」。明确提出要优先支持汽车等产业链长、带动能力强的产业，重点支持新能源汽车等战略性新兴产业。并积极稳定汽车等传统大宗消费，鼓励汽车限购地区适当增加汽车号牌配额，带动汽车及相关产品消费。
根据正极材料不同，现在市场上的动力电池主要有镍钴锰、镍钴铝、磷酸铁锂、钛酸锂、锰酸锂和钴酸锂电池。值得注意的是，正极材料为镍钴锰、镍钴铝的电池又被统称为三元电池，与磷酸铁锂电池成为当前两大主流的动力电池方案。如果按照是否存在钴元素，磷酸铁锂电池也可以分为两种，一种是完全无钴电池，一种是正极中有钴的存在，其本质是高镍低钴材料。不过，目前而言，三元电池的市场要比磷酸铁锂电池广的多，至少在三到五年内，国内市场的主流，依旧是三元电池。2019年，我国动力电池产销量分别累计为85.4GWh和75.6GWh，其中，三元电池产量累计55.1GWh，占总产量64.6%，同比累计增长40.8%，三元电池累计销售53.0GWh，占总销量70.0%。磷酸铁锂电池产量累计27.7GWh，占总产量32.4%，同比累计下降1.2%，磷酸铁锂电池累计销售20.6GWh，占总销量比27.2%。无钴电池是一项新的技术，也是整个锂电行业目前都在积极攻克的一项课题，指的是在现有高镍路线下，找到更为廉价且无能源风险的材料替代现有的钴元素，以达到现有三元锂电池同样的性能和稳定性。有评论提到，特斯拉前期将使用的宁德时代的LFP电池，不过，LFP电池存在一个致命的缺点是较低的能量密度，但报告指出，宁德时代一直在努力改善这一点。宁德时代的做法是通过Cell to Pack技术提升LFP电池包能量密度，也就是最近常提到的CTP技术的无模组电池包。这是一个类似于Obrist所采用的真空固定技术的概念，不需要将单元集成到模块中，然后再集成到包中，而可以直接将单元集成到包中。据宁德时代称，相较于目前市场上的传统电池包，在成本上，CTP 电池包体积利用率提高了 15%-20%，零部件数量减少 40%，生产效率提升了 50%，投入应用后将大幅降低动力电池的制造成本，能量密度也上升到 200Wh/kg 以上，并计划在2024年达到 200Wh/kg。CTP 其优势主要有三点：第一，CTP 电池包因为没有标准模组限制，可以用在不同车型上。第二，减少内部结构组建，CTP 电池包能提高体积利用率，系统能量密度也间接提升。据宁德时代目前公开的资料显示，CTP 电池组仍然会采用方壳封装，考虑到目前高镍电池的稳定性，这种封装是比较好的选择。根据GGII调研数据显示，截止2019年12月，三元电池系统不含税价格为0.95-1.05元/Wh，LFP系统不含税价格为0.85-0.95元/Wh。0.2元/Wh的价格差意味着用在同为60KWh的乘用车上可节省1.2万元。现阶段特斯拉虽然没有明确“无钴”方案的具体技术路线，不过可以看到目前特斯拉在电池技术选择上应该采用两种路线。一种是引入不使用钴的磷酸铁锂电池，另一种则是采用NCM811高镍电池向NCMA（镍钴锰铝）四元电池进阶的路线，并在生产过程中用其他元素逐渐代替钴。不过，按照当前的技术前者比较会有一定的能量密度下降，后者则具有潜在安全风险。咨询公司凯恩能源研究顾问(通过CNBC)的一份新报告显示，当前特斯拉2019年成本达到每千瓦时158.27美元，比四年前下降了100多美元。这已经接近100美元/千瓦时的价格，许多行业观察人士认为这是一个“神奇的数字”，可见电动汽车的成本与传统汽车相当。
如果，特斯拉在国内特斯拉依靠宁德时代再次实现降本，国产特斯拉Model 3还存在降价空间。而这一举措很可能终止特斯拉与松下电池的合作，最新的信息显示，在纽约北部的特斯拉布法罗太阳能工厂千方百计提高产量之后，特斯拉和松下日前放弃了生产太阳能电池的合作关系。特斯拉内部团队一直在研发锂电池技术，之前申请的专利显示，锂电池使用寿命可以延长到160万公里，从而推迟电池组更换的时间。据外媒最近的报道，特斯拉计划在佛利蒙特工厂建设一条锂电池试验性生产线，逐步开发锂电池生产技术。
最近，特斯拉公司开始在德国勃兰登堡州建设第二座海外电动车工厂，特斯拉官方资料中写道，这一工厂将会生产Model 3、Model Y以及锂电池。麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的艾尔莎·奥利维蒂(Elsa Olivetti)和她的同事进行的一项新分析发现，如果我们不能有效地回收钴，可能会出现钴短缺。据估计，到2030年，全球对钴的需求将增至23.5万至43万吨——根据2016年的数据，这一数字至少是全球目前钴冶炼能力的1.6倍。钴通常是铜或镍开采的副产品，它受到这些金属的需求和价格波动的影响，价格昂贵。除了价格之外，开采金属还需要付出人力成本，全球供应的大部分(60%)来自刚果民主共和国。可以说，随着新能源汽车的增长，特斯拉转向无钴的电池是一次不错的选择，当然，其最主要原因是出于降本考虑。其实，这些年特斯拉对于钴的使用量，一直都在消减，2009年，特斯拉在Roadster上，用的是钴酸锂。2012年，特斯拉在Model S上，钴的使用量是11千克/辆车。2018年，特斯拉在Model 3上，钴的使用量为4.5千克/辆车。不过，伦敦基准矿物情报(Benchmark Mineral Intelligence)的西蒙•摩尔斯(Simon Moores)等行业分析师表示，“此举不太可能在中国以外的地区复制，此举更多是出于降低中国生产成本的愿望，而非逐步淘汰钴。”最后谈一下锂离子电池、镍氢电池和铅酸电池之间的区别。锂离子电池：被认为是现代电动汽车的标准电池，与其他成熟的电池技术相比，锂离子电池有很多优点。其独特的物理和电化学性能，具有广泛的民用和国防应用的前景，其突出的特点是：重量轻、储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长。在同体积重量情况下，锂电池的蓄电能力是镍氢电池的1.6倍，是镍镉电池的4倍，目前只开发利用了其理论电量的20%～30%，锂离子电池在保持能量方面也很出色，其自放电率(每月5%)比镍氢电池低一个数量级。不过，锂离子电池也有一些缺点，锂离子电池是一种非常昂贵的电池技术，还有一个主要的安全问题是关于电池的过度充电和过热。锂离子可能会发生热失控，引发车辆起火或爆炸，曾有几起使用锂离子电池的特斯拉Model S因充电不稳定或电池损坏而起火的案例。铅酸电池：最初用于早期的电动汽车，如通用汽车的EV1，它也是成熟的电动汽车蓄电池，可靠性好、原材料易得、价格便宜，功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。两大缺点是，第一能量低，所占的质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，使用成本过高。镍氢蓄电池：镍氢电池被认为是最好的，有高达两倍的比能量(68 Wh/kg)相比，使得使用镍氢电池的电动汽车更轻，从而降低了驱动坡面行驶的能源成本，与铅酸电池相比，镍氢电池也具有更高的能量密度，这将使电池系统被限制在更小的空间内。国外生产电动汽车镍氢蓄电池的公司主要是Ovonie、丰田和松下的一个合资公司。Ovonie现有80A·h和130A·h两种单元电池，其比能量达75－80W·h/kg，循环使用寿命超过600次。
不过，镍氢电池充电效率低于其他电池，当电池处于高温环境时，自放电(在正常室温条件下每天高达12.5%)也会出现严重问题。这使得镍氢电池在更热的环境中不太理想。此外，关于大规格镍氢电池存在法律争议，影响了镍氢电池在纯电动汽车上的使用。
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