I en tid med den blomstrende nye energikjøretøyet (NEV) industrien har batteriteknologi, som kjernen i drivkraften, fått betydelig oppmerksomhet med enhver innovasjon. Koboltfrie batterier, en fremvoksende teknologisk retning de siste årene, blir for tiden fanget i et dobbelt spill av miljøvern og kostnadshensyn, noe som påvirker utviklingslandskapet i hele industrien.
I. Bakgrunnen for økningen av koboltfrie batterier
(A) Mangel på koboltressurser og prissvingninger
Cobalt er en avgjørende strategisk ressurs med begrensede globale reserver og ujevn distribusjon. I følge relevante data kommer nesten 70% av den globale koboltforsyningen fra Den demokratiske republikken Kongo. Cobalt spiller en viktig rolle i katodematerialene til batterier, stabiliserer den lagdelte strukturen til materialene og forbedrer sykkel- og rateytelsen. Imidlertid utgjør det så mye som 40% av kostnadene for katodematerialer i ternære batterier. Med den raske veksten i antall NEV -er, har etterspørselen etter kobolt økt, mens tilbudet forblir relativt begrenset, noe som fører til høye og flyktige koboltpriser. De siste månedene har den internasjonale handelsprisen på Cobalt nærmet seg 400, 000 yuan per tonn og nådd en historisk topp. Denne prisvolatiliteten har pålagt et betydelig kostnadspress for batteriprodusenter og NEV-selskaper, noe som får dem til å søke alternative løsninger, noe som gir opphav til koboltfrie batterier.
(B) Miljø- og sosiale spørsmål
Gruveprosessen til kobolt er full av mange miljømessige og sosiale problemer. Nesten to tredjedeler av verdens kobolt blir utvunnet i Den demokratiske republikken Kongo, hvor det ofte er et biprodukt av storskala nikkel- og kobbergruvedrift. Uavhengige gruvearbeidere opererer imidlertid uten tilsyn, noe som forårsaker alvorlige miljøskader og utgjør betydelige sikkerhetsrisikoer. Cobaltite inneholder arsen, en karsinogen i klasse 1 identifisert av International Agency for Research on Cancer of the World Health Organization, og dens sammensatte, arsen trioksid, er arsen vi ofte refererer til i eldgamle tider. Gruvearbeidere i Den demokratiske republikken Kongo i utgangspunktet min manuelt uten noen beskyttelse, noe som utgjør en stor trussel for deres helse. I tillegg kan koboltgruvedrift også utløse lokale sosiale ustabilitetsfaktorer, for eksempel ressurskonkurranse og arbeidsrettighetsspørsmål. Derfor, fra perspektivene til miljøvern og samfunnsansvar, har reduksjon av avhengighet av kobolt blitt en uunngåelig trend i bransjens utvikling.
Ii. Tekniske prinsipper og typer koboltfrie batterier
(A) Tekniske prinsipper
Koboltfrie batterier betyr ikke at de er helt fri for kobolt. I stedet reduserer eller eliminerer de koboltelementer i katodematerialene til batterier gjennom teknologiske midler. Kobolt stabiliserer hovedsakelig den lagdelte strukturen til materialer i batterier, forhindrer katodekorrosjon og forbedrer ladningshastigheter for batteri. For å oppnå koboltfri status har forskere tatt i bruk forskjellige teknologiske tilnærminger. For eksempel, ved å doping spesifikke elementer uten uparede elektronspinn, blir fenomenet elektron superxchange svekket, reduserer litium/nikkelblanding og forbedring av elektrisk ytelse. Dopingelementer med store MO-bindingsenergier bremser volumendringen av krystaller under ladningsutladningsprosessen, stabiliserer strukturen og forbedrer syklusens levetid og sikkerhet.
(B) Hovedtyper
Litiumjernfosfat (LFP) batterier: LFP-batterier er iboende koboltfrie og tilbyr fordeler som høy sikkerhet og lave kostnader. Tesla er i "dyptgående forhandlinger" med CATL for å bruke koboltfrie batterier i noen av produktene. Hvis denne forhandlingen er ferdigstilt, betyr det at LFP -batterier vil komme inn i Teslas produksjonslinje. Imidlertid begrenser den relativt lave energitettheten til LFP-batterier deres påføring i noen avanserte passasjerbilsegmenter til en viss grad.
Nikkel-manganesystem Kobaltfrie batterier: Svolts NMX koboltfrie batteri er en type nikkel-manganesystem koboltfritt batteri. Det øker nikkelandelen etter å ha fjernet kobolt og deretter dopes andre elementer for å forbedre termisk stabilitet. Ved beleggstoffer økes arbeidsspenningen, og forbedrer dermed energitettheten. Denne typen batteri kan oppnå en energitetthet som tilsvarer den for NCM811, samtidig som de reduserer materialkostnadene med 5%-15%og tilsvarende reduserer batteriscellekostnaden med omtrent 5%, uten å bli påvirket av strategiske ressurser.
Iii. Kostnadsfordeler med koboltfrie batterier
(A) Reduksjon i råstoffkostnader
Cobalt er et av de dyreste elementene i katodematerialene til ternære batterier. Å redusere eller eliminere bruken av kobolt kan redusere råvarekostnadene til batterier betydelig. I følge en forskningsrapport fra Southwest Securities, kan kostnadene for lav-kobolt eller koboltfrie ternære batterier reduseres med 30% etter masseproduksjon. Kostnaden for litiumjernfosfatkatodematerialer utgjør mindre enn 15% av den totale batterikostnaden. Data fra Cinda Securities viser at den totale kostnaden per kWh for NCM523 ternære batterier er 724,91 yuan, som er 18,4% høyere enn for LFP -batterier på 612,4 yuan.
(B) Fremme av reduksjon av batteripris
Kostnadsreduksjoner vil direkte redusere batteriprisene og på sin side senke de totale kjøretøyskostnadene for NEV -er. Tar Tesla som eksempel, utgjør batterikostnadene 30% -40% av den totale kjøretøykostnaden. Hvis Tesla kan oppnå anvendelse av koboltfrie batterier, vil det forventes å redusere batterikostnadene ytterligere, og dermed skape rom for prisreduksjoner i modeller som den innenlandske produserte Tesla Model 3. Dette er av stor betydning for å styrke markedskonkurransen til NEVS og fremme deres popularisering.
IV. Miljøutfordringer som koboltfrie batterier står overfor
(A) Problemer med ytelsesstabilitet
Cobalt spiller en viktig rolle i å stabilisere strukturen til batterimaterialer. Etter å ha fjernet kobolt, kan ytelsesstabiliteten til batterier bli påvirket. Foreløpig møter fortsatt koboltfrie batterier visse ytelsesproblemer når det gjelder levetid og ladehastighet. For eksempel har noen eksperimentelle koboltfrie batterier begrenset levetid og langsomme ladehastigheter. I tillegg, etter å ha fjernet kobolt fra batterier med høyt nikkel, blir den termiske stabiliteten til katoden verre, noe som gjør dem veldig utsatt for termisk løp. Når de blir utsatt for høye temperaturer eller ytre påvirkninger, er det mer sannsynlig at de utløser eksplosjoner og branner.
(B) Ressurssubstitusjons- og resirkuleringsproblemer
Selv om koboltfrie batterier reduserer avhengigheten av kobolt, kan de øke etterspørselen etter andre ressurser. For eksempel kan økningen i nikkelandelen i nikkel-manganesystem koboltfrie batterier føre til større forsyningstrykk på nikkelressursene. Samtidig, med den utbredte påføringen av koboltfrie batterier, har problemet med resirkulering av batteri blitt stadig mer fremtredende. Hvordan man effektivt resirkulerer og disponerer brukte koboltfrie batterier for å unngå sekundær miljøforurensning er en betydelig utfordring bransjen står overfor.
V. Utviklingsutsikter og mottiltak for koboltfrie batterier
(A) Utviklingsutsikter
Til tross for de mange utfordringene, har koboltfrie batterier fremdeles brede utviklingsutsikter på lang sikt. Med kontinuerlig teknologisk fremgang, forventes ytelsesstabiliteten og sikkerheten til koboltfrie batterier å bli ytterligere forbedret, og kostnadene vil fortsette å avta. Samtidig som den globale vektleggingen av miljøvern og bærekraftig utvikling fortsetter å øke, forventes koboltfrie batterier, som samsvarer med denne utviklingstrenden, å bli en av mainstream-teknologiene for strømbatterier i fremtiden.
(B) Motmåling
Styrking av teknologisk forskning og utvikling: Forskningsinstitusjoner og bedrifter bør øke investeringene sine i forskning og utvikling av koboltfrie batteriteknologier, og kontinuerlig utforske nye materialsystemer og prosessteknologier for å forbedre ytelsesstabiliteten og sikkerheten til batterier. For eksempel ved å optimalisere typene og proporsjonene av dopingelementer, kan den termiske stabiliteten og syklusens levetid for batterier forbedres.
Forbedre ressurssikkerhetssystemet: Etablere diversifiserte ressursforsyningskanaler for å redusere avhengigheten av en enkelt ressurs. Førker samtidig utforskningen og utviklingen av alternative ressurser som nikkel for å forbedre ressurssikkerhetsmulighetene. I tillegg bør det arbeides for å styrke gjenvinning og utnyttelse av brukte batterier og etablere et omfattende resirkuleringssystem for å forbedre ressursgjenopprettingsgraden.
Forbedring av politikkveiledning: Regjeringen bør innføre relevant politikk for å oppmuntre og støtte forskning, utvikling og anvendelse av koboltfrie batterier. For eksempel å tilby forskningssubsidier, skatteinsentiver og andre politiske støtter for å fremme utviklingen av den koboltfrie batteribransjen. Samtidig, styrke reguleringen av strategiske ressurser som kobolt, standardisering av markedsordre og sikre en rasjonell utnyttelse av ressurser.
Koboltfrie batterier, som en viktig utviklingsretning innen NEV-batteriteknologi, står for tiden overfor både utfordringer og muligheter i det doble spillet om miljøvern og kostnadshensyn. Gjennom tiltak som å styrke teknologisk forskning og utvikling, forbedre ressurssikkerhetssystemet og forbedre retningslinjene for politikk, er det håpet at bærekraftig utvikling av koboltfrie batterier kan oppnås, noe som gir større bidrag til velstanden til NEV-industrien.