Na era da indústria de veículos de novo Energy (NEV), a tecnologia de bateria, como a força motriz do núcleo, chamou atenção significativa em todas as inovações. As baterias sem cobalto, uma direção tecnológica emergente nos últimos anos, estão atualmente apanhadas em um jogo duplo de proteção ambiental e considerações de custo, influenciando profundamente o cenário de desenvolvimento de toda a indústria.
I. o fundo da ascensão de baterias sem cobalto
(A) escassez de recursos de cobalto e flutuações de preços
O Cobalt é um recurso estratégico crucial, com reservas globais limitadas e distribuição desigual. De acordo com dados relevantes, quase 70% do suprimento global de cobalto vem da República Democrática do Congo. O cobalto desempenha um papel vital nos materiais catódicos das baterias, estabilizando a estrutura em camadas dos materiais e aumentando seu desempenho de ciclismo e taxa. No entanto, é responsável por 40% do custo dos materiais de cátodo em baterias ternárias. Com o rápido crescimento no número de NEVs, a demanda por cobalto aumentou, enquanto a oferta permanece relativamente limitada, levando a preços altos e voláteis do cobalto. Nos últimos meses, o preço comercial internacional do cobalto se aproximou de 400, 000 yuan por tonelada, atingindo um pico histórico. Essa volatilidade de preço impôs pressões de custo significativas aos fabricantes de baterias e empresas de NEV, levando-lhes a buscar soluções alternativas, dando origem a baterias sem cobalto.
(B) Questões ambientais e sociais
O processo de mineração de cobalto está cheio de inúmeros problemas ambientais e sociais. Quase dois terços do cobalto mundial são extraídos na República Democrática do Congo, onde geralmente é um subproduto das operações de mineração de níquel e cobre em larga escala. No entanto, os mineiros independentes operam sem qualquer supervisão, causando danos ambientais graves e apresentando riscos de segurança significativos. A cobaltita contém arsênico, um carcinogênio de classe 1 identificado pela Agência Internacional de Pesquisa sobre Câncer da Organização Mundial da Saúde, e seu composto, o trioxido de arsênico, é o arsênico que frequentemente nos referimos nos tempos antigos. Os mineiros da República Democrática do Congo basicamente são meus manualmente sem proteção, o que representa uma grande ameaça à sua saúde. Além disso, a mineração de cobalto também pode desencadear fatores locais de instabilidade social, como concorrência de recursos e questões de direitos trabalhistas. Portanto, a partir das perspectivas de proteção ambiental e responsabilidade social, a redução da dependência do cobalto tornou -se uma tendência inevitável no desenvolvimento do setor.
Ii. Princípios técnicos e tipos de baterias sem cobalto
(A) Princípios técnicos
As baterias sem cobalto não significam que elas estão completamente livres de cobalto. Em vez disso, eles reduzem ou eliminam elementos de cobalto nos materiais catídicos das baterias por meios tecnológicos. O cobalto estabiliza principalmente a estrutura em camadas dos materiais nas baterias, impedindo a corrosão do cátodo e melhorando as taxas de carregamento da bateria. Para alcançar o status livre de cobalto, os pesquisadores adotaram várias abordagens tecnológicas. Por exemplo, ao dopar elementos específicos sem girares de elétrons não emparelhados, o fenômeno da troca de elétrons superexchange é enfraquecido, reduzindo a mistura de lítio/níquel e melhorando o desempenho elétrico. Os elementos de doping com grandes energias de ligação MO diminuem a mudança de volume de cristais durante o processo de descarga de carga, estabilizando a estrutura e melhorando a vida e a segurança do ciclo.
(B) Tipos principais
Baterias de fosfato de ferro de lítio (LFP): As baterias LFP são inerentemente livres de cobalto e oferecem vantagens como alta segurança e baixo custo. A Tesla está em "negociações aprofundadas" com a CATL para usar baterias sem cobalto em alguns de seus produtos. Se essa negociação for finalizada, significa que as baterias LFP entrarão na linha de produção da Tesla. No entanto, a densidade de energia relativamente baixa das baterias LFP limita sua aplicação em alguns segmentos de veículos de passageiros de ponta até certo ponto.
Baterias sem cobalto do sistema de níquel-manganeses: A bateria sem cobalto NMX da SVolt é um tipo de bateria sem cobalto do sistema de níquel-manganeses. Aumenta a proporção de níquel após remover o cobalto e depois dopra outros elementos para melhorar a estabilidade térmica. Por substâncias de revestimento, a tensão de trabalho é aumentada, aumentando assim a densidade de energia. Esse tipo de bateria pode atingir uma densidade de energia equivalente à do NCM811, reduzindo os custos do material em 5%-15%e reduzindo correspondentemente o custo da BOM Cell em cerca de 5%, sem ser afetado por recursos estratégicos.
Iii. Vantagens de custo de baterias sem cobalto
(A) Redução nos custos de matéria -prima
O cobalto é um dos elementos mais caros nos materiais catódicos das baterias ternárias. Reduzir ou eliminar o uso de cobalto pode reduzir significativamente os custos de matéria -prima das baterias. De acordo com um relatório de pesquisa da Southwest Securities, o custo das baterias ternárias de baixo cobalto ou cobalto pode ser reduzido em 30% após a produção em massa. O custo do fosfato de fosfato de lítio é responsável por menos de 15% do custo total da bateria. Os dados da Cinda Securities mostram que o custo total por kWh de baterias ternárias NCM523 é de 724,91 yuan, que é 18,4% maior que os das baterias LFP em 612,4 yuan.
(B) Promoção das reduções de preços da bateria
As reduções de custos reduzirão diretamente os preços da bateria e, por sua vez, reduzirão os custos gerais do veículo dos NEVs. Tomando a Tesla como exemplo, os custos da bateria representam 30% -40% do custo total do veículo. Se a Tesla puder alcançar a aplicação de baterias sem cobalto, espera-se que reduza ainda mais os custos da bateria, criando espaço para reduções de preços em modelos como o Tesla Modelo 3 produzido no mercado interno. Isso é de grande significado para melhorar a competitividade do mercado dos NEVs e promover sua popularização.
4. Desafios ambientais enfrentados por baterias sem cobalto
(A) Problemas de estabilidade de desempenho
O cobalto desempenha um papel importante na estabilização da estrutura dos materiais da bateria. Após a remoção do cobalto, a estabilidade do desempenho das baterias pode ser afetada. Atualmente, as baterias sem cobalto ainda enfrentam certos problemas de desempenho em termos de vida útil e velocidade de carregamento. Por exemplo, algumas baterias experimentais sem cobalto têm vida útil limitada e velocidades de carregamento lentas. Além disso, após a remoção do cobalto de baterias com alto nível, a estabilidade térmica do cátodo piora, tornando-as altamente propensas a fuga térmica. Quando expostos a altas temperaturas ou impactos externos, é mais provável que eles desencadeem explosões e incêndios.
(B) Problemas de substituição e reciclagem de recursos
Embora as baterias sem cobalto reduzam a dependência do cobalto, elas podem aumentar a demanda por outros recursos. Por exemplo, o aumento da proporção de níquel nas baterias livres de cobalto do sistema de níquel-manganeses pode levar a uma maior pressão de fornecimento nos recursos de níquel. Ao mesmo tempo, com a aplicação generalizada de baterias sem cobalto, a questão da reciclagem de bateria tornou-se cada vez mais proeminente. Como reciclar e descartar efetivamente as baterias sem cobalto para evitar a poluição ambiental secundária é um desafio significativo que o setor enfrenta.
V. Perspectivas de desenvolvimento e contramedidas para baterias sem cobalto
(A) Perspectivas de desenvolvimento
Apesar dos numerosos desafios, as baterias sem cobalto ainda têm amplas perspectivas de desenvolvimento a longo prazo. Com o progresso tecnológico contínuo, espera-se que a estabilidade e a segurança das baterias sem cobalto sejam melhoradas e os custos continuarão a diminuir. Ao mesmo tempo, à medida que a ênfase global na proteção ambiental e no desenvolvimento sustentável continua a aumentar, espera-se que as baterias sem cobalto, que se alinhem a essa tendência de desenvolvimento, se tornem uma das tecnologias principais para baterias de energia no futuro.
(B) Contrafeases
Fortalecimento da pesquisa e desenvolvimento tecnológico: As instituições e empresas de pesquisa devem aumentar seu investimento na pesquisa e desenvolvimento de tecnologias de bateria sem cobalto, explorando continuamente novos sistemas de materiais e tecnologias de processo para melhorar a estabilidade e a segurança do desempenho das baterias. Por exemplo, otimizando os tipos e proporções dos elementos de doping, a estabilidade térmica e a vida útil das baterias podem ser melhoradas.
Melhorando o sistema de segurança de recursos: Estabeleça canais diversificados de fornecimento de recursos para reduzir a confiança em um único recurso. Ao mesmo tempo, fortaleça a exploração e o desenvolvimento de recursos alternativos, como o níquel, para aprimorar os recursos de segurança de recursos. Além disso, devem ser feitos esforços para fortalecer a reciclagem e a utilização das baterias usadas e estabelecer um sistema abrangente de reciclagem para melhorar as taxas de recuperação de recursos.
Melhorando a orientação política: O governo deve introduzir políticas relevantes para incentivar e apoiar a pesquisa, o desenvolvimento e a aplicação de baterias sem cobalto. Por exemplo, fornecer subsídios a pesquisas, incentivos fiscais e outras políticas apoia para promover o desenvolvimento da indústria de baterias sem cobalto. Ao mesmo tempo, fortalecendo a regulação de recursos estratégicos, como cobalto, padronizar a ordem do mercado e garantir a utilização racional de recursos.
As baterias sem cobalto, como uma importante direção de desenvolvimento na tecnologia de bateria de NEV, estão atualmente enfrentando desafios e oportunidades no jogo duplo de proteção ambiental e considerações de custo. Através de medidas como fortalecer a pesquisa e desenvolvimento tecnológicos, melhorar o sistema de segurança de recursos e melhorar a orientação política, espera-se que o desenvolvimento sustentável de baterias sem cobalto possa ser alcançado, fazendo maiores contribuições para a prosperidade da indústria de NEV.