W erze rozwijającego się branży nowej energetycznej (NEV) technologia akumulatorów, jako podstawowa siła napędowa, przyciągnęła znaczną uwagę przy każdej innowacji. Baterie bez kobaltu, pojawiający się kierunek technologiczny w ostatnich latach, są obecnie złapane w podwójną grę ochrony środowiska i względy kosztów, głęboko wpływając na krajobraz rozwoju całej branży.
I. Tło wzrostu akumulatorów bez kobaltu
(A) Niedobór zasobów kobaltu i wahań cenowych
Cobalt jest kluczowym zasobem strategicznym z ograniczonymi rezerwami globalnymi i nierównomiernym dystrybucją. Według odpowiednich danych prawie 70% globalnej podaży kobaltu pochodzi z Demokratycznej Republiki Konga. Kobalt odgrywa istotną rolę w katodowych materiałach akumulatorów, stabilizując warstwową strukturę materiałów i zwiększając ich wydajność jazdy na rowerze i szybkości. Stanowi jednak aż 40% kosztów materiałów katodowych w bateriach trójskładnikowych. Wraz z szybkim wzrostem liczby NEVS popyt na kobalt wzrósł, a podaż pozostaje stosunkowo ograniczona, co prowadzi do wysokich i niestabilnych cen kobaltu. W ostatnich miesiącach cena handlowa kobaltu zbliżyła się do 400, 000 Yuan za tonę, osiągając szczyt historyczny. Ta zmienność cen narzuciła znaczne presję kosztową producentom akumulatorów i firmach NEV, co skłoniło ich do poszukiwania alternatywnych rozwiązań, powodując powstanie akumulatorów bez kobaltu.
(B) Kwestie środowiskowe i społeczne
Proces wydobycia kobaltu jest pełen licznych problemów środowiskowych i społecznych. Prawie dwie trzecie kobaltu świata jest wydobywane w Demokratycznej Republice Konga, gdzie często jest produktem ubocznym na dużą skalę niklu i miedzi. Jednak niezależni górnicy działają bez żadnego nadzoru, powodując poważne szkody w środowisku i stanowią znaczne zagrożenia bezpieczeństwa. Kobaltit zawiera arsen, czynnik rakotwórczy klasy 1 zidentyfikowany przez Międzynarodową Agencję Badań nad Rakiem Światowej Organizacji Zdrowia, a jej związek, tritlenek arsenowy, jest arsenem, o którym często się odwołujemy w czasach starożytnych. Górnicy w Demokratycznej Republice Konga zasadniczo robią ręcznie bez żadnej ochrony, co stanowi ogromne zagrożenie dla ich zdrowia. Ponadto wydobycie kobaltu może również wywoływać lokalne czynniki niestabilności społecznej, takie jak kwestie konkurencji w zakresie zasobów i prawa pracy. Dlatego z perspektywy ochrony środowiska i odpowiedzialności społecznej zmniejszenie polegania na kobalcie stało się nieuniknionym trendem w rozwoju branży.
Ii. Zasady techniczne i rodzaje akumulatorów bez kobaltu
(A) Zasady techniczne
Baterie bez kobaltu nie oznaczają, że są całkowicie wolne od kobaltu. Zamiast tego zmniejszają lub eliminują elementy kobaltu w katodowych materiałach akumulatorów za pomocą środków technologicznych. Kobalt stabilizuje głównie warstwową strukturę materiałów w akumulatorach, zapobiegając korozji katody i poprawie szybkości ładowania baterii. Aby osiągnąć status bez kobaltu, naukowcy przyjęli różne podejścia technologiczne. Na przykład poprzez domieszkowanie określonych elementów bez niesparowanych obrotów elektronów, zjawisko elektronów superexchange jest osłabione, zmniejszając mieszanie litu\/niklu i poprawia wydajność elektryczną. Elementy domieszkowania z dużymi energią wiązania MO spowalnia zmianę objętości kryształów podczas procesu odpisania ładunku, stabilizując strukturę i poprawiając żywotność i bezpieczeństwo cyklu.
(B) Główne typy
Akumulatory litowe żelaza (LFP): Akumulatory LFP są z natury bez kobaltu i oferują korzyści, takie jak wysokie bezpieczeństwo i niski koszt. Tesla jest w „dogłębnych negocjacjach” z CATL do korzystania z akumulatorów bez kobaltu w niektórych swoich produktach. Jeśli te negocjacje zostaną sfinalizowane, oznacza to, że akumulatory LFP wprowadzą linię produkcyjną Tesli. Jednak stosunkowo niska gęstość energii akumulatorów LFP ogranicza ich zastosowanie w niektórych wysokiej klasy segmentach pojazdów pasażerskich do pewnego stopnia.
Nikiel-Mangańszy Baterie bez kobaltu: Bateria bez kobaltu NMX SVOLT jest rodzajem baterii bez kobaltu niklowo-mangańskiego. Zwiększa proporcję niklu po usunięciu kobaltu, a następnie domieszka inne elementy w celu poprawy stabilności termicznej. Dzięki substancjom powlekania napięcie robocze jest zwiększone, zwiększając w ten sposób gęstość energii. Ten rodzaj baterii może osiągnąć gęstość energii równoważną NCM811 przy jednoczesnym zmniejszeniu kosztów materiału o 5%-15%i odpowiednio zmniejszając koszt BOM ogniwa baterii o około 5%, bez wpływu zasobów strategicznych.
Iii. Koszty korzyści z akumulatorów bez kobaltu
(A) Zmniejszenie kosztów surowców
Cobalt jest jednym z najdroższych elementów materiałów katodowych trójskładników. Zmniejszenie lub wyeliminowanie stosowania kobaltu może znacznie obniżyć koszty surowców baterii. Według raportu z badań Southwest Securities koszt niskokobaltowych lub bez kobaltów akumulatorów trójskładnikowych można zmniejszyć o 30% po masowej produkcji. Koszt materiałów katody fosforanu litowego żelaza stanowi mniej niż 15% całkowitego kosztu baterii. Dane z Cinda Securities pokazują, że całkowity koszt na kWh akumulatorów trójskładnikowych NCM523 wynosi 724,91 juanów, czyli o 18,4% wyższy niż w przypadku baterii LFP na 612,4 juanu.
(B) Promocja obniżki cen akumulatorów
Redukcje kosztów spowodują bezpośredni obniżenie cen akumulatorów, a z kolei obniży ogólne koszty pojazdu NEVS. Przykładając Teslę, koszty baterii stanowią 30% -40% całkowitego kosztu pojazdu. Jeśli TESLA może osiągnąć zastosowanie akumulatorów bez kobaltu, będzie oczekiwać, że będzie ona jeszcze bardziej obniżyć koszty baterii, tworząc w ten sposób miejsce na obniżenie cen w modelach, takich jak produkowane w kraju Tesla Model 3. Ma to ogromne znaczenie dla zwiększania konkurencyjności rynkowej NEVS i promowania ich popularyzacji.
Iv. Wyzwania środowiskowe, przed którymi stoją akumulatory bez kobaltu
(A) Problemy z stabilnością wydajności
Kobalt odgrywa ważną rolę w stabilizacji struktury materiałów akumulatorowych. Po usunięciu kobaltu może wpłynąć na stabilność wydajności baterii. Obecnie akumulatory wolne od kobaltu wciąż napotykają pewne problemy z wydajnością pod względem życia i prędkości ładowania. Na przykład niektóre eksperymentalne akumulatory bez kobaltu mają ograniczoną żywotność i powolne prędkości ładowania. Ponadto, po usunięciu kobaltu z akumulatorów o wysokich niklach, stabilność termiczna katody staje się gorsza, dzięki czemu są bardzo podatne na uciekiniero termiczne. Po wystawieniu na wysokie temperatury lub skutków zewnętrznych częściej wywołują wybuchy i pożary.
(B) Zagadnienie i recykling zasobów
Chociaż akumulatory wolne od kobaltu zmniejszają poleganie na kobalcie, mogą zwiększyć popyt na inne zasoby. Na przykład wzrost proporcji niklu w akumulatorach bez kobaltu w systemie niklowym może prowadzić do większej presji na zasoby niklu. Jednocześnie, wraz z powszechnym zastosowaniem akumulatorów bez kobaltu, kwestia recyklingu baterii staje się coraz bardziej widoczna. Jak skutecznie poddać recykling i pozbycie się wydanych akumulatorów bez kobaltu, aby uniknąć wtórnego zanieczyszczenia środowiska, jest znaczącym wyzwaniem, przed którym stoi branża.
V. Perspektywy rozwoju i środki zaradcze dla akumulatorów bez kobaltu
(A) Perspektywy rozwoju
Pomimo licznych wyzwań akumulatory wolne od kobaltu nadal mają szerokie perspektywy rozwoju na dłuższą metę. Przy ciągłym postępie technologicznym oczekuje się, że stabilność wydajności i bezpieczeństwo akumulatorów wolnych od kobaltu zostaną jeszcze bardziej ulepszone, a koszty będą nadal spadły. Jednocześnie, ponieważ globalny nacisk na ochronę środowiska i zrównoważony rozwój stale rośnie, oczekuje się, że akumulatory wolne od kobaltu, które są zgodne z tym trendem rozwoju, stanie się jedną z głównych technologii baterii energetycznych w przyszłości.
(B) środki zaradcze
Wzmocnienie badań technologicznych i rozwoju: Instytucje badawcze i przedsiębiorstwa powinny zwiększyć swoje inwestycje w badania i rozwój technologii baterii bez kobaltu, stale badając nowe systemy materiałowe i technologie procesowe w celu poprawy stabilności wydajności i bezpieczeństwa baterii. Na przykład, optymalizując typy i proporcje elementów dopingu, można poprawić stabilność termiczną i żywotność cyklu akumulatorów.
Ulepszenie systemu bezpieczeństwa zasobów: Ustal zróżnicowane kanały dostaw zasobów, aby zmniejszyć poleganie na jednym zasobie. Jednocześnie wzmocnij eksplorację i rozwój alternatywnych zasobów, takich jak nikiel w celu zwiększenia możliwości bezpieczeństwa zasobów. Ponadto należy podjąć wysiłki w celu wzmocnienia recyklingu i wykorzystania zużytych baterii oraz ustanowienia kompleksowego systemu recyklingu w celu poprawy wskaźników odzyskiwania zasobów.
Zwiększenie wskazówek dotyczących polityki: Rząd powinien wprowadzić odpowiednie polityki, aby zachęcić i wspierać badania, rozwój i stosowanie akumulatorów wolnych od kobaltu. Na przykład zapewnienie dotacji badawczych, zachęt podatkowych i innych wsparcia polityki w celu promowania rozwoju branży baterii bez kobaltu. Jednocześnie wzmocnienie regulacji zasobów strategicznych, takich jak kobalt, standaryzacja porządku rynkowego i zapewnienie racjonalnego wykorzystania zasobów.
Baterie bez kobaltu, jako ważny kierunek rozwoju w technologii baterii NEV, stoją obecnie przed wyzwaniami, jak i możliwościami w podwójnej grze w ochronę środowiska i względy kosztów. Dzięki takim środkom, jak wzmocnienie badań technologicznych i rozwoju, poprawa systemu bezpieczeństwa zasobów i poprawa wytycznych dotyczących polityki, ma nadzieję, że można osiągnąć zrównoważony rozwój akumulatorów wolnych od kobaltu, wnosząc większy wkład w dobrobyt branży NEV.