特斯拉与CATL联合“去钴”？未来锂电何去何从？这位专家这样说…

2020年初，动力电池行业风起云涌。

 

一向受青睐的三元锂电池似乎地位不稳。三元锂电池以高能量密度为优势，被各大主机厂视为满足国家能量密度政策要求的优先选项。数据显示，2019年我国新能源汽车的动力锂离子电池中，三元动力电池装机量为40.5GWh，同比增长22.4%，占总装机量达65.2％。

 

但2019年的风口到了2020年似乎大不一样。三元锂电池是由镍钴锰为主要的正极材料组成，由于钴的价格过高，导致三元锂电池整体成本上升，在“补贴取消”与“安全第一”的双重压力下，一些主机厂开始另觅他法。1月份，比亚迪证实将实现新一代磷酸铁锂电池——“刀片电池”量产；2月份，特斯拉与宁德时代就国产电动车采用“无钴电池”的事宜进行了谈判。

 

两大主机厂换了“口味”，三元锂电池是否“悬了”？未来的锂电产业，到底何去何从？

 

位于湖南省长沙市的中南大学，在电池界是出了名的高校。其锂离子电池产业化成果十分出彩，不少锂电企业都能见到其技术的落地，被称为锂电领域的“黄埔军校”。

作为中南大学教授，唐有根认为2020年电池开局之变是市场多元化的选择。对于动力电池行业存在的问题，他在接受《大国之材》专访时一一作出了解答。

 

这位在电池领域深耕了二十多年的专家，先后专注于镍氢电池和锂电池的研究开发，当前他对燃料电池也给予了较多的关注。在他看来，锂电池尽管目前占主导地位，但并不影响燃料电池未来拥有一席之地。

 

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从镍氢电池到三元锂电

初接触到电池行业，唐有根便隐约意识到，在电池领域没有完美满足市场需求的材料。

 

1986年，24岁的唐有根到了中南大学工作。

 

1996年，他在机缘巧合下加入了稀土储氢合金材料的产业化项目，与电池结下不解之缘。稀土储氢合金主要应用于镍氢二次电池。当时，镍氢电池由于能量密度高、循环寿命长、动力学性能良好、环境友好和安全性好等特点，广泛应用于便携式电子设备、电动工具和混合动力车。

 

彼时的储氢材料依赖日本进口，每吨售价高达100多万元，这对于镍氢电池行业来说，成本过于昂贵。为了解决这一问题，在一个老教授带领下，唐有根加入了对稀土储氢合金材料的研发。实际上，该材料已经有相关科研机构也在做，但用在电池上，循环寿命和性能始终难以达标。

 

唐有根和同事们3年里反复摸索，终于成功完善了稀土储氢合金材料的性能，项目最终在湖南衡阳的一家企业转化成功。国内储氢材料的推出，让进口材料的价格大幅度下降。这让唐有根激动不已，他更坚定了一辈子都要留在电池行业的想法。

 

到了千禧年，国家开启“863项目”，电动汽车“三横三纵”的概念被提出。“三横”指的是镍氢电池、锂离子电池和燃料电池；“三纵”则是指电池、电机、电控。尽管锂离子电池的技术在彼时相对不成熟，但苗头是着着实实地出现了。

 

到2008年，锂电池的风口开始慢慢吹起来。彼时，国内市场已经有80家电动自行车企业推出了200余款产品。而渠道方面，已经有500家门店开始经营锂电产品。在此期间唐有根先后主持或参与了多个锰酸锂、钴酸锂和三元锂电材料的研究和产业化项目。

彼时的三元锂电池行业正处于萌芽阶段，他以教育部广东省科技特派员的身份与深圳天骄科技合作开始研究三元材料的配方和产业化，成为较早“吃螃蟹”涉足三元锂电池的科研人员。

 

后来，三元锂电池迅速发酵并扩大，但他跟业内人都处在“警觉”的状态，基数庞大的中国汽车市场，锂电这一条路线并不能完全满足电动化的需要。

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多元化是必然

2016年以来，中国锂电三元正极材料价格一路上涨，尤其是钴的价格猛涨，从成本角度，电池厂商和车企开始思考“去钴化”。特斯拉与松下“闹别扭”，则是将“去钴化”推上了新的热度榜。

 

三元锂电池采用了钴元素这类贵重金属，在造价上极为昂贵。数据显示，国内每吨钴的价格在27.6万元~29万元之间不等。

 

这导致三元锂电池的成本高于磷酸铁锂电池，据了解，2020年初国内三元锂电池的成本在0.85元/Wh左右，而磷酸铁锂电池的成本约为0.65元/Wh。

 

实际上，三元材料和磷酸铁锂各有优势和缺陷。从能量密度而言，三元材料无疑更具有优势，三元材料可以做到300Wh/kg以上，而磷酸铁锂则做到200Wh/kg已是极限。但从成本角度而言，磷酸铁锂更胜一筹。

 

唐有根认为，宁德时代推出的无模组化与比亚迪的刀片电池，其实都是进行了系统的优化，通过减少电池系统中的非活性成分的比例，来达到满足实际应用需求和降低成本的平衡。“特斯拉是有市场敏感性，通过技术优化，推出满足基本市场的产品。”

 

“这是市场多元化的选择。没有哪种路线能完全引领，只能说市场的行为要根据实际需求来调整。”

 

从长期来看，唐有根认为，锂电池的稳定性、安全性、成本都在优化和提升。“无论是在消费类或者动力电池类，相当长的一段时间内，锂电池都将是主体，还没有其他电池可以取代之。”

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关注燃料电池

公安部统计数据显示，截止2019年底，中国汽车保有量为2.6亿辆，新能源汽车保有量仅381万辆。有专家预计，到2040年新能源汽车保有量或将超过2亿辆。新能源汽车的数量还有很大的上升空间。

 

“尽管目前锂电池占市场主流，但它无法完全满足未来电动汽车市场的需要。”唐有根对《大国之材》表示。

 

从充电的配套设施角度来看，电动汽车大规模化投用以后，充电设施包括电网无法满足如此庞大的充电需求，将面临充电困难的问题。此外，从资源角度看，部分原料将无法满足大基数的电池生产需求。“未来电动车的终极解决办法，可能会是燃料电池。”

 

燃料电池的原理是以电化学反应方式将燃料的化学转换成电能，早在1839年，英国科学家Grove就提出了燃料电池的概念。2000年，燃料电池车被列入科技部“863”攻关计划项目，2015年正式进入商业化阶段。包括丰田在内的不少车企推出了氢燃料电池商品车。

 

早在2000年，唐有根就开始关注金属燃料电池并展开了相关的研究工作。2008年他帮助一家车企推出了一款锌空气电池微型电动车，2011年开发了全球首台铝空气电池电动大巴。

 

目前燃料电池主流为氢燃料电池，从能源获取角度看，氢气的制备并不难。但氢燃料电池面临最大的问题是氢气的储存和运输问题。氢具有高度活性，因此带来了安全问题，这成为制约其发展的瓶颈。

 

唐有根关注的金属燃料电池，通过金属的电化学反应，为汽车提供动力的能源。2019年年中，“水氢汽车”骗局事件被炒得沸沸扬扬，唐有根认为，“水氢汽车”技术其实有一定根据，通过铝、锌等活性金属与水反应产生氢气燃料，进而推动汽车运行，只是运行成本太高。

 

金属燃料电池的优势在于可以将水能、风能等可再生能源发电和电网低谷电储存到金属中，解决了氢燃料电池氢气难以储存运输的难题。此外，金属燃料放电后变成金属氧化物，又可以通过电解还原成金属，实现再生循环利用。“金属燃料电池能解决规模储电和能源安全的问题。”

 

实际上，早在数年前，Alcoa（美铝公司）和以色列Phinergy公司就推出了可续航1600公里铝空气电池电动车。国内也有所动作，云铝股份与昆明冶金研究院也共同出资组建创能铝空气电池股份有限公司投资铝-空气电池研发项目；中国动力与PHINERGY成立合资公司，计划在大巴、旅游车、物流汽车及运动型多用途汽车等电动车型推广铝空气电池。此外，四川德阳东深、浙江台州非常新能源、湖南源达新材料、吉利汽车研究院等企业也进行了铝空气电池的开发应用。

 

“其实未来是多元化的市场，细分市场总会存在，多元化市场有一个基本盘，无论什么样的路线之争，彼此取代在短期内是不现实的。”