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        新能源汽車發(fā)展對鈷的影響

        2018-01-13 02:26:16郭玉剛
        中國有色金屬 2017年21期
        關(guān)鍵詞:鋰電鋰電池新能源

        郭玉剛|文

        本文圍繞新能源汽車發(fā)展趨勢,并展望了各國新能源汽車、動力鋰電發(fā)展規(guī)劃及對鋰電正極材料的需求,推出對鈷金屬的需求和價格影響

        目前,世界各國都在積極進(jìn)行著新能源汽車的生產(chǎn)與研發(fā),在我國的“十三五”規(guī)劃中,同樣也把“新能源”作為了未來汽車市場發(fā)展的重中之重。

        2016年全球新能源汽車銷量超過80萬輛,同比上漲64%,其中中國約50.7萬輛,同比上漲53%,歐洲約20萬輛,同比上漲9.7%;美國約16萬輛,同比上漲37%。中國已經(jīng)成為全球新能源汽車銷量最大的國家。2017年上半年全球新能源汽車出貨量約為45萬輛,同比上漲42%;中國的新能源乘用車銷量最高,達(dá)到了16.4萬臺,同比上漲26.1%;美國銷量則突破了10萬臺,銷售了10.5萬臺,同比增長64.1%;挪威銷售了2.7萬臺,同比上漲了20%;德國銷售了2.2萬臺,同比大幅上漲107.5%;法國銷售了1.9萬臺,同比上漲了2.1%。中國有三家車企進(jìn)入了全球新能源汽車乘用車銷量前十名,分別是比亞迪、北汽和吉利。

        從全球及中國新能源汽車2011~2016年的銷量可以看出,中國已經(jīng)成為全球最令人矚目的新能源汽車發(fā)展迅猛的國家。中國新能源汽車的快速發(fā)展首先得益于中國政府的大力支持。

        圖1 全球及中國新能源汽車產(chǎn)量統(tǒng)計

        近期,為了達(dá)成巴黎氣候協(xié)定所承諾的排放目標(biāo),全球多個國家和車企宣布將在未來的數(shù)年后停售燃油車(或純內(nèi)燃機汽車)。盡管目前中國并沒有明確提出燃油車停售或者停產(chǎn)計劃,但是,在穩(wěn)定實施新能源補貼政策的基礎(chǔ)上,政府進(jìn)一步推出了《新能源汽車碳配額管理辦法》(征求意見稿)和《企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理暫行辦法(征求意見稿)》,等從供給側(cè)進(jìn)行管理,確定了燃油汽車產(chǎn)業(yè)反哺新能源汽車產(chǎn)業(yè)的總體思路,建立起新能源汽車發(fā)展的長效激勵機制。

        就目前新能源汽車行業(yè)發(fā)展情況來看,鋰離子電池是較為成熟的技術(shù)路線,雖然存在其他物理電池(如超級電容器、飛輪儲能等)、化學(xué)電池(如液流電池、燃料電池等),但未來五年大規(guī)模使用前景仍不如鋰離子電池。早期在車用動力鋰電池應(yīng)用體系上主要是錳酸鋰和磷酸鐵鋰。錳酸鋰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,安全性較好,但是能量密度低、高溫循環(huán)穩(wěn)定性和存儲性能較差,因此在動力電池應(yīng)用上受到一定程度的限制。磷酸鐵鋰安全性和循環(huán)性能相對優(yōu)異,但磷酸鐵鋰也存在諸多固有的性能問題。三元材料能量密度高,循環(huán)性能優(yōu)異。多元材料鎳鈷錳酸鋰 (NCM)和鎳鈷鋁酸鋰(NCA)隨著Ni、Co、Mn(Al)三種元素比例的變化顯示出不同的性能,很大程度上綜合了各種正極材料的優(yōu)點,具有能量密度高、循環(huán)壽命長、倍率特性好和安全性能高等特點,是車用動力鋰離子電池正極材料的有力競爭者。

        分析中日美各國動力電池技術(shù)規(guī)劃可以發(fā)現(xiàn),能量密度、成本、循環(huán)壽命是動力電池主要評價指標(biāo)。2015年,各國的能量密度要求基本一致,美國對成本要求最高;預(yù)計2020年,將是中國對能量密度和壽命要求最高,美國對成本要求最高。這與各國的能源價格、低碳環(huán)保訴求和鋰電池技術(shù)發(fā)展水平密切相關(guān)。

        從BMW發(fā)布的用戶調(diào)查及動力電池指標(biāo)達(dá)成情況來看,目前車用動力鋰電池最大的短板在于能量密度和充電電流。德系車企的技術(shù)專家認(rèn)為,未來動力鋰電池提升能量密度的主要方案在于正負(fù)極材料的選擇,隨著能量密度的不斷提升,正極材料從三元材料(NCM111)逐步向高鎳三元材料(NCM811)過渡,最后發(fā)展為富鋰材料,而負(fù)極材料選擇上逐漸引入硅碳負(fù)極。

        日本和韓國的動力鋰電池技術(shù)主要采用鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁多元材料體系, 如 Panasonic、AESC(Nissan和NEC合資)、PEVE(豐田和松下合資)、日立VE、NEC、三星以及LG等均采用上述正極材料體系。德國等歐洲國家主要采取和其他國家電池公司合作的方式發(fā)展電動汽車,如特斯拉與松下簽約、德國大眾與日本松下、韓國SDI協(xié)議合作等,選用電池體系與日韓相同。中國政府新補貼政策明確提高了對于能量密度和技術(shù)門檻要求,新能源汽車輕量化、智能化的技術(shù)發(fā)展趨勢結(jié)合更長續(xù)航里程的要求,車用動力鋰電逐漸轉(zhuǎn)向采用多元材料體系以響應(yīng)能量密度不斷提升的要求。國內(nèi)兩大主要的磷酸鐵鋰電池廠商:比亞迪和國軒高科都已明確在乘用車上開始使用NCM,以響應(yīng)能量密度提升的要求。

        目前,國內(nèi)外一些汽車企業(yè)及主流的動力電池廠商如日本的松下、AESC、Nissan及 韓 國 LGC、SKI、Samsung、都把材料選擇重點放在了高鎳含量的多元材料NCM和NCA上面。與 NCM111、NCM523相比,Ni、Co、Mn含量分別為60%、20%、20%的高鎳多元材料NCM622能量密度優(yōu)勢明顯,電池能量密度可以達(dá)到200Wh/kg以上,更高鎳含量的多元材料如LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(簡 稱 NCM811)、NCA能量密度更高,隨著能量密度要求的不斷提升,動力型高鎳多元材料NCM622和NCA將成為電動汽車用鋰電池的首選正極材料。

        世界大部分國家對新能源汽車設(shè)定了規(guī)劃目標(biāo),預(yù)計到2020年全球新能源車銷量累計將超過1400萬輛,其中中國的目標(biāo)數(shù)量最大。4月6日,工信部發(fā)布了《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》,明確提出到2020年我國新能源汽車年產(chǎn)量將達(dá)到200萬輛,以及到2025年我國新能源汽車銷量占總銷量的比例達(dá)到20%以上的發(fā)展目標(biāo)。國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,造就了鋰電池巨大的市場需求,鋰電池行業(yè)正在成為新的風(fēng)口,為此,動力鋰電池生產(chǎn)企業(yè)全力以赴加速擴產(chǎn)步伐。

        過去5年,全球鋰電行業(yè)保持了24%的復(fù)合增長率,2016年鋰電出貨量達(dá)到118.7GWh,其中xEV用鋰電達(dá)46.8GWh,同比增長超過30%。2016年IT用鋰電占比約為57%,xEV用鋰電占比約為39%,ESS用鋰電占比約為4%。從鋰電市場趨勢來看,未來主要的出貨量增長點在xEV和ESS。

        據(jù)臺灣工研院IEK統(tǒng)計,2016年全球正極材料出貨量達(dá)到21.3萬噸。多元材料(NMC+NCA)已經(jīng)成為市場占比最大的鋰電正極材料。近兩年LFP得益于車用市場(中國商用車)的快速發(fā)展,增長速度也較快。隨著技術(shù)不斷成熟,乘用車比例不斷上升,后續(xù)多元材料將獲得較大的增長幅度。

        三元NCM正極材料化學(xué)式為Li(NixCoyMnz)O2,其中 x+y+z=1,不同 體 系 (如 111、532、622、811)所需的金屬量各不相同;三元NCA正極材料化學(xué)式為Li(NixCoyAlz)O2,x∶y∶z=8∶1.5∶0.5;其中鈷金屬是戰(zhàn)略小金屬,資源量比較少,且分布集中。根據(jù)美國國家地質(zhì)局USGS統(tǒng)計數(shù)據(jù),全球鈷儲量為700萬噸,主要集中在剛果、贊比亞、澳大利亞、古巴等國家,其中剛果的儲量約占全球儲量的48.9%,我國鈷儲量相對比較少,約占全球的1.7%。2016年全球鈷產(chǎn)量達(dá)到10萬噸以上,剛果產(chǎn)量目前約占世界供應(yīng)量的63%。

        鋰電新能源成為鈷需求的支柱產(chǎn)業(yè),中日韓主導(dǎo)鋰電行業(yè)的發(fā)展帶動了全球鈷需求的快速增長。中國以及亞洲的市場需求份額持續(xù)穩(wěn)定的增長。2016年全球鈷需求量約9.4萬噸,其中有一半需求來自中國。中國鈷儲量較小,卻是最大的鈷消費國,中國對鈷的消費逐年遞增,尤其是電池行業(yè)用鈷量已經(jīng)從2010年的45%上升到78.69%。中國新能源汽車的快速發(fā)展更拓寬了鈷的發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域,刺激了鈷需求的快速增加。

        鈷由于資源量有限,且高度集中于非洲發(fā)展中國家剛果金,受到該國政治經(jīng)濟(jì)波動影響,過去數(shù)十年來鈷價波動非常劇烈。近年來由于受到新能源汽車發(fā)展刺激需求,再加上大礦商和基金熱錢的借機炒作,又站到了漲價的風(fēng)口浪尖。

        鋰電正極材料中僅鈷酸鋰(LCO)和三元材料(NCM/NCA)包含鈷元素,根據(jù)鋰電正極材料生產(chǎn)過程中鈷的消耗量,可以推算鋰電正極材料中鈷的需求量。盡管車用動力鋰電上使用的三元材料不斷增加,但由于每噸三元材料需求的鈷含量與鈷酸鋰相比大幅下降,實際動力鋰電發(fā)展帶來的鈷需求的總量增長有限,預(yù)計2017年正極材料需鈷量達(dá)到6萬噸,其中鈷酸鋰用鈷4.1萬噸,占比67%;三元材料用鈷2.1萬噸,占比33%;到2020年正極材料鈷需求量約8萬噸/年,其中鈷酸鋰用鈷4.5萬噸,占比56%,三元材料用鈷3.5萬噸,占比44%。鈷供需并未出現(xiàn)嚴(yán)重失衡的情況,鈷價大幅上漲主要是由于炒作的因素,預(yù)計后續(xù)會出現(xiàn)合理回調(diào)。

        由于鈷價的成倍上漲,引發(fā)了對新能源汽車電池成本增加的隱憂。要解決鈷資源依賴國外,定價權(quán)取決于國外大礦商的問題,我們認(rèn)為國家應(yīng)該在合適的時機積極收儲,并鼓勵中國企業(yè)到海外投資鈷礦資源,同時大力扶持國內(nèi)動力電池回收產(chǎn)業(yè)。

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