替代者们已上路!钴同学究竟还能“得宠”多久?

替代者们已上路!钴同学究竟还能“得宠”多久?

写在前面:几百年前,在德国萨克森州有一个规模很大的矿床开采中心,大批的矿工聚集于此。原本平常的采矿作业因为一次事故变得不平凡,矿工们因二氧化硫、砷等毒气中毒,以致提炼金属工作不得不终止。可笑的是,这次事故让那些终日迷信的人振振有词,他们认为是有“地下恶魔”在作祟。若干年后,人们发现导致这次事故的“祸首”并非恶魔,而是辉钴矿,一种含钴的蓝色矿石,中世纪在欧洲被称为kobalt。

当初中毒的矿工没有白白奉献,他们用自己的身体告知世人钴的存在,这才有了后来锂电池的广泛应用。被称为“恶魔”的钴如今可是香饽饽,其是锂电池中不可或缺的金属元素。于是我们看到全球钴价在持续走高,储量则在日益减少。不过,人类的聪明不在于发现,而在于利用且不依赖。种种迹象表明,钴同学的“得宠”只是暂时的,它的替代品似乎不再遥远。究其原委,我们还要从元素周期表说起…

钴在动力电池中扮演着什么样的角色?

钴在这个让我们又爱又恨的元素周期表里序数是27,属于小金属,具有铁磁性,可贵的是其化学特性比较稳定,在常温下不会与水和空气发生反应。格·布兰特(G.Brandt),瑞典人,他在1753年从辉钴矿中分离出浅玫色的灰色金属,从而被认为是钴的发现者,把钴定位金属元素和列入元素周期表里的人则分别是瑞典化学家伯格曼和拉瓦锡。

关于钴的使用,从古至今一直没有停过。古希腊人和古罗马人曾经利用它制造有色玻璃,中国唐朝彩色瓷器上的蓝色也是钴的杰作。后来到了20世纪,钴及其合金在多个工业领域得到使用,比如机械、化工、航空航天等,我们熟知的一些催化剂、干燥剂、颜料、燃料等也是钴以化合物的形式呈现出来的。可以说,如今的钴已成为一种非常重要的战略金属。

扯了这么些有的没的,该切入正题了,也就是锂电池。新能源车顺利度过起步期后,如今在技术上虽谈不上成熟,但已经有了清晰的发展方向,在安全的基础上最大限度提升续航里程成为重中之重。于是我们看到,比亚迪为了提升续航里程弃用了磷酸铁锂,转而采用三元锂电池。

在这片新的土壤下,钴成为了决定性因素,至少目前看是这样。为何这么说?

三元锂电池大体分为两类,一类是特斯拉使用的镍钴锂(NCA),另外一种是日产、宝马等使用的镍钴锰(NCM),但无论是哪种,钴在其中起到了提升电池能量密度的重要作用。对于动力电池来说,此前镍的比例并未得到特别的关注,这也给了钴进一步“得宠”的机会。

为何它让人又爱又恨?

然而事情的发展远没这么简单!全球而言,钴资源的总储量大概在700万吨左右,但分布很不平均,主要集中在刚果(金)、澳大利亚、古巴等国家,这三个国家储量之和占到全球的七成。说到这儿聊个题外话,为了加速钴的开采,刚果(金)这种比较落后的国家雇佣童工进行手抓矿开采非常普遍,特斯拉和苹果这种下游“大客户”一直在加强供应链的管理,但效果并不太好,这种现象至今仍未被禁止。

说回钴,钴在全球范围内虽然分布很广泛,但含量相对于其它很多金属并不高,其主要是伴生在红土型镍矿床、岩浆型铜镍硫化物矿床和砂岩型铜矿床中,如果除去这些钴,剩下的独立钴资源仅为17%左右。除了资源问题,还有一个影响不能忽视,那便是时局的影响。由于刚果(金)的政局长期处于不稳定的状态,所以其矿产的出口政策存在着很大的不确定性,2007年刚果(金)就曾出台相关政策限制钴矿原矿和初级产品的出口。

钴在下游的应用近几年猛增,这与新能源车的快速发展有直接关系。和大家分享一组数据,在2011年电池中钴的需求量为22500吨,到了2015年,这个数字增至41000吨,增速达到了百分之八十以上,中国市场的电池消费增量达到了百分之九十以上。

当然,我们不能把所有电池的增量都算到动力电池头上,3C方面的使用量同样不小(3C是指计算机(Computer)、通讯(Communication)和消费电子产品(Consumer Electronic)三类电子产品的简称))。但再通过下面这组数据,各位就能清晰看出中国新能源市场的发展速度有多恐怖。

在2011年,中国新能源汽车产销均为0.8万辆台,到了2017年新能源汽车产销分别达到了惊人的79.4万辆和77.7万辆,增长将近100倍。在世界上的地位,中国新能源市场也是不可撼动的老大,2015—2017年中国新能源连续3年产销量位居全球首位。按照规划,中国新能源汽车市场需求在今年将突破100万辆大关,2020年这个数字将翻倍至200万辆。

供不应求和原产地这两大问题,致使国际钴价持续走高。今年3月份,美国联邦公开市场委员会(FOMC)宣布,加息25个基点,将联邦基金目标利率区间上调至1.50%-1.75%。受此影响,国际矿产品价格普遍反弹,钴价再创近年新高,收于9.48万美元/吨,上涨5.8%。

看到这样的局面,众多新能源车企坐不住了,“钢铁侠”马斯克在不久前发布的推特中称:特斯拉的钴使用量将从目前的3%降至0%。不可否认,“去钴化”已经成为一个不可逆的趋势,那么究竟谁会成为钴的替代者?咱们接茬儿往下聊!

它是否会被替代?会被谁替代?

镍成为替代者,绝对属于“后院起火”的经典案例,当初与镍共生存的钴,就要面临被镍一脚踢飞的危险。目前很多电池制造商“悄悄”的改变了电池阴极的材料配方占比,将镍/钴/锰的配比从6:2:2改为了8:1:1。就动力锂电池而言,目前的配比走势非常明显,以前都在使用的NCM111、NCM523,由于镍含量没有那么高,于是正在向高镍的NCM622、NCM811以及NCA转移。不过要注意的是,这样的调整对于硬件和软件都提出了更高的要求。

今年6月有海外媒体报道,松下公司表示将在不久的将来研发车用无钴电池。“我们已经大幅降低了钴的使用量,并希望在不久的将来实现无钴电池,目前研发已在进行中。”松下汽车电池业务的负责人Kenji Tamura在与分析师开会时表示。松下的此番表态很容易让我们联想到前文所说的马斯克推特,松下汽车业务负责人Yoshio Ito还透露,除了尝试减少电池中稀有金属成分,松下还试图与客户签订合同,希望能够规避材料大幅涨价的风险。

燃料电池可以让电池拥有更长的续航里程,这一点毋庸置疑。目前很多车企都已经有了相关技术储备,自主品牌亦然。不过,如果要把燃料电池大规模商业化还需要克服很多难题。比如技术的成熟度、成本的有效控制以及使用场景问题等。现代与丰田在燃料电池领域的发展处于领先的地位,它们也将这种新能源技术视为未来最重要的发展方向之一。

写在最后:客观点说,钴被完全替代还需要很长一段时间,但替代者在路上的咄咄逼人已成事实。那么接下来最关键的问题已不是钴会被替代,而是替代后是否规避最小风险的同时能够持续提升电池能量密度,使搭载新能源动力系统的汽车拥有更长的续航里程。此外还有一点,金属矿的上游开采是否健康有效,这个问题不应被忽视,其是新能源领域真正节能环保的一切前提。

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    【责任编辑:赵卓然】
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