中國儲能網(wǎng)訊：“無鈷電池”上半場中，更早進(jìn)行“無鈷”布局的蜂巢能源無疑搶得先機(jī)。
文 | 芯鋰話
1753年，瑞典化學(xué)家格布蘭特從輝鈷礦中分離出一種帶有淺玫色的灰色金屬，與當(dāng)時所有認(rèn)知中的金屬均不相同，后來人們發(fā)現(xiàn)這種金屬正是高純度的金屬鈷。
鈷在被發(fā)現(xiàn)初期，并沒有立刻引起人們的關(guān)注，反而因為它具有毒性，而一度被人們敬而遠(yuǎn)之。然而，隨著科學(xué)的進(jìn)步，科學(xué)家們逐漸發(fā)現(xiàn)，鈷十分適合應(yīng)用于電池之中，現(xiàn)如今越來越多的產(chǎn)品都需要這種金屬。
縱觀全球市場，鈷礦資源分布極為不平衡，鈷的產(chǎn)量主要依賴于幾大核心礦產(chǎn)公司，這就導(dǎo)致鈷的價格很容易受到供需影響。
2018年，鈷價就經(jīng)歷了一次過山車。
由于鈷價長期處于低位，因此全球最大鈷礦公司嘉能可在2015年8月宣布關(guān)閉位于剛果（金）的兩處礦山，導(dǎo)致鈷的供給減少近20%。恰時又適逢新能源汽車崛起，作為三元動力電池的核心元素，鈷價伴隨新能源汽車的放量而迅速攀升，一度達(dá)到68.5萬元的歷史高位。
由于價格上漲，嘉能可重新在2018年擴(kuò)產(chǎn)鈷，當(dāng)年產(chǎn)量同比增長54%，從而導(dǎo)致鈷的供需轉(zhuǎn)為過剩。在鈷價上漲過程中，大量中間企業(yè)擇機(jī)囤貨，這一方面造成了鈷價的快速上漲，另一方面也造成了鈷價的快速下跌，最低時每噸均價僅為22.3萬元。
在此之后，伴隨著全球新冠疫情的爆發(fā)，以及新能源汽車市場的崛起，鈷庫存迅速消化，價格逐漸抬升，走出底部。
聚焦今年，鈷價再次暴動。年初的時候，鈷每噸均價尚處于28萬元左右，而到了12月，每噸均價已經(jīng)高達(dá)49萬元左右。一年時間，鈷價暴漲75%。
在庫存金屬鈷基本消化完畢的當(dāng)下，疊加全球鈷主要產(chǎn)地剛果（金）局勢持續(xù)動蕩，近三分之二中資采礦企業(yè)受到影響；另一方面，在全球鈷礦關(guān)鍵轉(zhuǎn)運中心南非，奧密克戎變異毒株再度肆虐，鈷礦物流出現(xiàn)交貨延遲。
二者綜合，導(dǎo)致鈷價長時間的持續(xù)上漲，并仍有進(jìn)一步漲價的可能。
暴漲暴跌的鈷價，始終是電池企業(yè)和整車廠心中難以消解的痛。迫于漲價壓力，整車廠聯(lián)合電池廠商不斷削減三元鋰電材料中鈷的用量，但這種方案治標(biāo)不治本。
在鈷價一路上漲的當(dāng)下，“無鈷”會成為鋰電池行業(yè)未來數(shù)年的發(fā)展趨勢嗎？誰又是“無鈷”先行者呢？
01 鈷，生來昂貴
以上海有色網(wǎng)12月21日現(xiàn)貨價格計算，在三元前驅(qū)體直接原材料中，硫酸鈷（≥20.5%國產(chǎn)）每噸均價高達(dá)9.925萬元，電池級硫酸鎳每噸均價3.475萬元，電池級硫酸錳每噸均價僅約1萬元。
不難看出，硫酸鈷價格是其他兩種材料的數(shù)倍，也正因此，鈷的價格對三元電池的成本影響極大。
市場經(jīng)濟(jì)之下，產(chǎn)品的價格取決于供給和需求，而鈷的高昂售價和大幅波動，也正是兩者疊加的結(jié)果。
供給端，鈷本身是一種極為稀缺的金屬。根據(jù)美國地址勘探局（USGS）數(shù)據(jù)顯示，2020年探明鈷礦儲量僅710萬噸。如果按照2020年開采量進(jìn)行估算，全球現(xiàn)有鈷礦可開采年限約為50年。
更為重要的是，全球鈷礦儲量和產(chǎn)地都十分集中。僅剛果（金）一個國家就占據(jù)了全球鈷礦儲量的50.70%，此外澳大利亞鈷資源儲量占比約19.72%，古巴占比約7.04%，三個國家占據(jù)全球鈷礦近8成的儲量。
產(chǎn)量方面，這種不均衡表現(xiàn)更為顯著。在2020年全球14萬噸的總產(chǎn)量中，剛果（金）產(chǎn)量即高達(dá)9.5萬噸，占全球產(chǎn)量的7成。在全球鈷礦企業(yè)中，嘉能可是絕對的巨頭，2020年產(chǎn)鈷2.7萬噸，約占全球總產(chǎn)量的21.6%。
剛果（金）之外，南非是全球鈷供應(yīng)鏈又一個關(guān)鍵節(jié)點。從剛果（金）產(chǎn)出的鈷礦，主要通過公路運輸至南非的德班港，之后運至全球貨物目的地，也正因此，南非成為全球鈷礦的關(guān)鍵轉(zhuǎn)運中心。
產(chǎn)能集中，運輸路線集中，這就導(dǎo)致全球鈷礦供應(yīng)鏈剛性極強(qiáng)。一旦出現(xiàn)突發(fā)事件，鈷供應(yīng)馬上會受到影響，進(jìn)而導(dǎo)致鈷價暴漲。
另一方面的應(yīng)用端，鈷的場景十分廣泛，但大規(guī)模的需求卻集中于幾個大的下游市場。鈷最早的應(yīng)用領(lǐng)域是染色劑；到了20世紀(jì)，鈷最大的應(yīng)用市場是高溫合金，對應(yīng)的下游是航空業(yè)，鈷礦應(yīng)用規(guī)模尚小。
進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著鈷在化學(xué)應(yīng)用，尤其是電池材料上的需求快速攀升，電池行業(yè)用量超過高溫合金行業(yè)，成為鈷的最大的消費終端行業(yè)。在2020年全球鈷消費結(jié)構(gòu)中，電池行業(yè)應(yīng)用占比高達(dá)68.80%。在我國，由于3C制造業(yè)和鋰電池產(chǎn)業(yè)向中國轉(zhuǎn)移，電池行業(yè)占我國鈷消費的8成以上。
近年來，新能源汽車的崛起，動力電池成為鈷的新增量需求。據(jù)安泰科預(yù)計，2021年全球鈷消費結(jié)構(gòu)中，3C鋰電占比36%，動力電池將占比31%。
長期來看，3C鋰電和動力電池都是規(guī)模龐大且穩(wěn)定高速增長的市場。在全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展大趨勢下，市場對鈷的需求十分剛性。在供應(yīng)鏈剛性和需求剛性綜合影響的市場格局下，鈷的價格自然居高不下，且波動極大。
02 三元電池不可或缺的穩(wěn)定劑
供需趨緊決定了鈷價必不便宜，而剛性供應(yīng)鏈決定了某些時候鈷價將更加高昂。出于商業(yè)考量，近年來三元電池材料“無鈷”的呼聲越來越高。
自商業(yè)應(yīng)用以來，能量密度、安全性、成本形成了現(xiàn)階段動力電池發(fā)展的“不可能三角”。
目前來看，鋰離子電池主要的正極材料包括三元材料（包括鎳鈷錳 NCM和鎳鈷鋁 NCA）、磷酸鐵鋰（LFP）、鈷酸鋰（LCO）和錳酸鋰 （LMO）。其中鈷酸鋰體積能量密度高，在3C消費品中是當(dāng)仁不讓的霸主。在動力電池領(lǐng)域，目前主要包括兩種，三元材料和磷酸鐵鋰。
磷酸鐵鋰成本低，安全性好，循環(huán)壽命好，但能量密度低，低溫性能不好；而三元材料能量密度更高，高低溫性能好，但成本較高?？梢哉f，兩種電池材料都不完美。
于是便出現(xiàn)了兩條改進(jìn)路線：一是提升磷酸鐵鋰電池的能量密度，如比亞迪刀片電池，在電芯設(shè)計、電池包結(jié)構(gòu)等層面進(jìn)行優(yōu)化，比一般鐵鋰電池能量密度提升50%。另一條路線則是降低三元電池的成本，于是“無鈷”就應(yīng)運而生。
但實際上，在三元材料研究中，“無鈷”從來不是一個新鮮的概念。在鋰電池的發(fā)展過程中，一眾研究人員已經(jīng)對正極材料的各種組合進(jìn)行過無數(shù)次的實驗，三元正極中“鈷”的引入和剔除以及相應(yīng)變化對動力電池屬性的影響，自然也是經(jīng)驗證的課題。
結(jié)果呢？三元成為商業(yè)化最為成熟的動力電池材料之一。鈷沒有被剔除，自然有其不得不保留的原因。
實際上，在鎳鈷錳三元材料中，鈷的作用不容忽視。在三元材料動力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)上，鈷的存在具有極大的增益效果。一般來說，鈷的作用在于可以穩(wěn)定三元材料的層狀結(jié)構(gòu)，提高材料的循環(huán)和倍率性能。同時鈷的存在，一定程度上可以抑制高鎳帶來的鋰鎳混排問題。
但最為關(guān)鍵的是，鈷對于三元正極材料的熱穩(wěn)定性起到了具有主導(dǎo)性的作用。
近年來，為提升動力電池能量密度，鎳的占比不斷提升。但與此同時，熱穩(wěn)定性成為了三元動力電池的最大短板。
實驗數(shù)據(jù)顯示，在三元電池放電中，鈷由于獨特的化學(xué)特性能夠先于Ni元素發(fā)生還原而占據(jù)四面體位置，從而延緩了鎳元素的遷移，進(jìn)而推遲釋氧放熱反應(yīng)，提高三元電池的熱穩(wěn)定性。
從目前公開資料來看，NCM811和NCA兩種含鈷較低的動力電池，能量密度提升顯著，但在安全余量上略低于NCM523和NCM622。
也正因此，在NCM811電池和NCA電池使用時，整車企業(yè)往往配合其他的動力電池技術(shù)提高安全性，如廣汽集團(tuán)的彈匣電池，以及特斯拉的圓柱電池等等。
總而言之，動力電池是一個系統(tǒng)性的工程，牽一發(fā)而動全身。目前來看，在保證三元電池綜合效能上，鈷仍然不可或缺。
03 誰先“拋棄”了鈷？
在三元材料體系內(nèi)，目前達(dá)成的共識是，一方面通過高鎳實現(xiàn)更高的能量密度，另一方面通過減少鈷的用量來降低總體成本。
于是我們可以看到，三元正極材料正加速從 NCM523、622 等中鎳向 NCM811、NCA 等高鎳化方向加速滲透。根據(jù) SMM 統(tǒng)計，NCM811 在三元正極材料中的占比從2018年1月的 1%提升至2021年9月的 38%。在這個過程中，電動汽車鈷用量逐漸減少。
以特斯拉為例，特斯拉最早的電動跑車Roadster，使用的是更昂貴的鈷酸鋰，而到Model 3的NCA體系，鈷的使用量減少了60%。據(jù)特斯拉透露，在2012年特斯拉的鈷使用量為平均每輛車11千克，2018年這一數(shù)字已經(jīng)減少到了4.5千克。
鈷用量不斷減少，但仍然存在，真正意義上的“無鈷”電池，尚未出現(xiàn)。
需要注意的是，鋰電池行業(yè)追求的“無鈷”電池，是在保有三元體系高能量密度特性的同時，實現(xiàn)高安全性和低成本，形成一種更完美的動力電池解決方案，而并非其他不含鈷材料如磷酸鐵鋰等。
實際上，真正的三元體系“無鈷”電池，目前僅處于“技術(shù)儲備”層面，尚未成為全行業(yè)的重點布局方向，但仍有多個企業(yè)在無鈷方向探索，長城汽車旗下蜂巢能源即是先鋒之一。
蜂巢能源最早從2018 年就開始投入研發(fā)無鈷電池，并在2020年9月發(fā)布無鈷電池兩大產(chǎn)品平臺，并在當(dāng)年12月接受全球預(yù)訂；如今其首款無鈷電池產(chǎn)品已經(jīng)能夠量產(chǎn)下線。
在今年的第二十四屆成都國際車展上，首款搭載蜂巢能源無鈷電池包的量產(chǎn)車型長城歐拉櫻桃貓正式亮相，雖然櫻桃貓搭載的無鈷電池包的系統(tǒng)密度并不高，系統(tǒng)能量密度僅為170Wh/kg，但它卻標(biāo)志著動力電池行業(yè)正式進(jìn)入無鈷時代。
此外，關(guān)于無鈷電池的后續(xù)產(chǎn)品規(guī)劃，蜂巢能源董事長兼CEO楊紅新表示，蜂巢能源無鈷電池目前共規(guī)劃四款量產(chǎn)產(chǎn)品，分別是無鈷H系列115Ah電芯，155Ah電芯，H Plus系列157Ah電芯，和無鈷E系列115Ah電芯，覆蓋全部車型超長里程。其中無鈷H系列115A電芯和155Ah電芯能量密度為240Wh/kg，115Ah產(chǎn)品已經(jīng)率先實現(xiàn)量產(chǎn)裝車。
12月16日，蜂巢能源宣布首條無鈷電池量產(chǎn)線在安徽省馬鞍山經(jīng)開區(qū)蜂巢動力鋰離子電池項目基地投用，無鈷電池和HEV電池開始量產(chǎn)下線。
除蜂巢宣布量產(chǎn)外，其他廠商對于無鈷方向多止于技術(shù)層面。如近日寧德時代在投資者關(guān)系平臺上回復(fù)，其對于無鈷電池、全固態(tài)電池、無稀有金屬電池等下一代電池和行業(yè)內(nèi)的新興技術(shù)，始終保持高度關(guān)注并開展技術(shù)布局。
根本上說，動力電池的無鈷化是一個相當(dāng)宏大的課題。從基礎(chǔ)科學(xué)研究理解工作機(jī)理，再到實驗室進(jìn)行材料實驗，進(jìn)一步放大至商業(yè)化大生產(chǎn)階段，是一個漫長的過程。無鈷電池的商業(yè)化，必須要所有配套材料同步革新，這更是一個十分復(fù)雜、相當(dāng)緩慢的事情，目前來說，任重道遠(yuǎn)。
更完美的動力電池解決方案始終是一眾電池廠商追求的方向，“無鈷電池”上半場中，更早進(jìn)行“無鈷”布局的蜂巢能源無疑搶得先機(jī)。但隨著特斯拉和寧德時代等巨頭的入局，這場關(guān)乎動力電池材料效率和成本的戰(zhàn)爭遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒到終結(jié)的時候。
