电动汽车电池技术摆脱对钴的依赖

作者:ADI公司电池管理系统总经理Mike Kultgen

随着电动汽车(和电气化技术)越来越受消费者和生态系统参与者的欢迎,人们越来越关注整个价值链运营和流程中的道德与可持续性问题。从开采实践到电池梯次利用,生态系统的参与者希望通过在整个电池生命周期中实施更多的道德标准,达到加倍关注可持续发展的目的。

如今,大多数锂离子电池都使用化学元素钴作为阴极材料(这部分将决定锂离子电池的储电量)的基础。与其他化学元素相比,钴阴极电池的续航时间更久,电荷测量和管理的难度更低。但是,钴的开采长期饱受争议。

钴:电动汽车电池技术面临的道德困境

全球大约70%的钴都是在刚果民主共和国(DRC)开采的,这个国家以贫穷、腐败和人权问题而闻名1。特别是,该国的钴开采还涉及使用童工、开采条件不安全、虐待矿工和其他违法问题。随着电气化生态系统要求兼顾社会可持续性和环境可持续性,大家对更低钴含量的电池化学材料(NMC和NCA)和不含钴的电池化学材料(例如磷酸铁锂(LFP))的兴趣与日俱增。许多制造商对此表示欢迎。事实上,特斯拉计划生产更低钴含量或不含钴的高能量电池,以加速构建可持续的能源之路2。

来源:Markets Insider; 全球经济指标数据网[3,4,5]

LFP电池不仅经过生产验证,而且在行业中使用了10多年,是领先的原始设备制造商完全支持并且首选的技术。然而钴基化学材料的能量密度要高10%-20%,因此单次充电的续航时间更长。但是,这种高性能伴随着高风险——相比LFP,钴的燃点更低,电池起火的风险更高。此外,LFP电池的生产成本更低,在处理击穿或热失控等安全隐患方面效率更高。LFP的高功率特性也使其充电速度更快。

电动汽车制造商期望能在高价位、高性能(高端)车辆中使用如今的电池技术,在低端车辆中使用LFP电池。这些低端车辆不使用钴,降低了成本,所以售价更低。虽然相比钴,LFP电池的成本更低,使用更安全,但其放电曲线更平坦,因此,很难准确测量电池电量。

ADI的电池管理系统(BMS)解决方案有助于解决这个问题。

ADI提供业界领先技术,可实现准确的电池充电状态测量。ADI的BMS解决方案能够准确高效地管理LFP电池的充电状态需求,释放LFP电池对于该行业的潜在成本和安全特性优势,从而大大减轻汽车制造商的负担。此外,LFP电池能在更广泛的温度范围内提供更高的功率密度、更长的生命周期和更低的运行成本,因此非常适合储能应用等电池梯次利用场景。

最终,LFP电池将会降低购买电动汽车的价格壁垒,推动消费者购买电动汽车。目前,电池成本占电动汽车标价的51%7。此外,摆脱对钴的严重依赖将推动该行业构建更合乎道德标准的供应链,而LFP电池的优势最终会帮助实现更环保的可持续电池生态系统,并提高电池梯次利用的效率。

注释:

1Dafydd Davies。《钴货源采购限制发生改变》,光伏杂志,2020年3月10日。

2Bridie Schmidt。《特斯拉数月来一直使用高能量镍4680电池》,The Driven,2020年9月28日。

3镍的价格(2021年1月11日),来源:https://markets.businessinsider.com/commodities/nickel-price。

4铝的价格(2021年1月11日),来源:https://markets.businessinsider.com/commodities/aluminum-price。

5锰的价格(2021年1月11日),来源:https://tradingeconomics.com/commodity/manganese。

6BU-205:锂离子的类型(2021年1月11日),来源:https://batteryuniversity.com/learn/article/types_of_lithium_ion。

7Gustavo Henrique Ruffo。《在电动汽车的总成本中,电池占比多少?》InsideEVs,2020年2月5日。