锂电池的后“钴”时代，原料价格飞涨催生电池新技术进
来源：宝鄂实业
2019-03-28 12:40
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今天，大多数商用锂离子电池都采用了钴，但是它造价昂贵。为此，它衍生出了黑色的利益链条：很长一段时间，在刚果共和国存在着侵犯人权的情况，包括雇佣童工采矿的行为。电子设备和电动车公司不愿支付大价钱用于制造生产，亦不愿意参与当地的对人权剥削的行动，所以他们逐渐减少电池中钴的使用量。特斯拉的电池供应商松下公司在上月底宣布，他们正在开发不需要钴的电池。已经研发出无钴电池的 Goodenough 等研究人员也在给松下公司提供帮助。
电池有一个正极，通常是石墨，以及一个负极，由锂，钴和氧组成的合成物。在电动汽车的电池组中，负极部分往往含有比电子产品更多的镍成分，这虽然减少了钴的使用，但却带来了更高的处理成本而且更容易在飞机上引起火灾——例如三星 Note 7 中的那块电池。相比之下，钴原子外轨上的电子是成对分布的，这意味着它小而致密，并且容易形成层状。
但包括 Goodenough 在内的新一代电池研究人员正在转向对锰和铁等材料的研究。不同于层状结构，这些元素会形成一种“岩盐”（rocksalt）结构。含有岩盐的负极已经在某些装置中被使用，但目前岩盐结构还没有具有与钴或镍相同的高能量密度。
研究人员和公司已准备好替代方案。“因为钴的价格昂贵，所以公司尽量不去在电池制造中使用它”，德克萨斯大学工程教授的 Goodenough 这样说道。在过去的两年中，钴的价格翻了两番。现阶段，便携式电子设备使用了市场上的大部分钴，而未来电动汽车电池组对于钴的需求量将比手机高出近 1000 倍。随着全球气候变暖，越来越多的人正在将内燃机驱动汽车更换成电动汽车。虽然这对地球来说是件好事，但着实推高了钴的价格。
钴是镍和铜等其他金属生产过程中的副产品，但它也以自身的形式存在于地壳中，主要分布在刚果民主共和国的矿山处。2016 年，华盛顿邮报对过去不透明的钴供应链进行了调查，揭露了雇佣童工和缺乏必要开采设备的情况。
诚然，也有其它的方式来避免危险开采的情况：回收利用钴。但是，因为锂离子电池的寿命很长，且人们对电子产品需求会越来越高，所以在未来 10 年购买锂离子电池的人会显著增加，来自麻省理工学院的能源研究专家 Elsa Olivetti 表示。去年十月，她发表了一篇文章，得出的结论是钴的供应将迅速增长，以满足未来几年的需求，特别是随着电动汽车的兴起。尽管针对新负极材料的研发和过去八个月钴元素的开源取得进展，她仍然写道：“目前来看，钴类电极依然有存在且被研究的价值。但人们已经开始逐渐减少对于钴元素的使用”，用磷和铁等稳定的、能量密集的金属制造来制造电池负极。
除了分层状和岩盐结构的电池之外，研究人员正在研发固态电池。这类电池可能需要更多的锂，但不一定是钴，并且比现有的锂离子电池要安全得多。宝马、丰田、和本田等汽车公司正在研究这些电池，但 Olivetti 认为该技术不会满足 2025 年的市场需求。在此之前，公司将尝试减少含钴电池的使用。苹果和三星等公司已加入 Responsible Cobalt Initiative 计划，承诺改善在钴的生产过程中产生的环境污染和恶劣社会影响。最近，苹果公司已经开始直接从矿工处购买钴元素，以确保钴供应商的生产安全条件达到行业要求水平。
与铅酸电池相比，锂电池的能量密度高、寿命长、体积小、重量轻等优点，被人们寄予替代铅酸电池的厚望。三年前，有业内专家预测，在制造电动车领域，锂电池在2015年可以替代大约20%的铅酸电池，五年内可以实现大约替代30%的铅酸电池。然而时值今日，锂电池实际替代铅酸电池不到10%，而未来两年内要实现目标看来是非常的艰难。据最近行业协会预测的数据显示：今年锂电车的销量约300万辆，而整个电动车产销量约3200万辆。那么锂电池替代铅酸电池的主要障碍在哪里？
锂电池性价比优势并不突出。据众多经销锂电车的经销商反映：采用国产锂电池的电动车，返修率居高不下。国内实力雄厚的锂电池企业与一般的中小锂电池企业(pack)工厂制造出来的锂电池其返修率竟然低到5%，高到13%左右的差距，价格十分的悬殊：以锰系材料的48V12Ah约500元/组左右，镍钴锰三元材料的锂电池48V12Ah约650元/组左右。但是pack锂电池48V12Ah只有约320元/组左右。但是这种pack锂电池使用不到一年，电池容量大大衰减，已经无法再使用。而锰系材料和三元材料的锂电池与铅酸相比，除了体积小与重量轻之外，其余并没有多大的优势，其使用达到2年以上，电池的衰减程度已经无法满足行驶长距离的要求。
返修时间过长严重制约了消费者的使用。一旦出现锂电池的故障进行返修，时间长则一个星期左右，甚至有的更长，让消费者等待得不耐烦，失去了使用的信心。其原因是，经销商无法维修或更换锂电池内部出现问题的电芯，一定要通过快递运送到制造企业，通过专业设备来进行电池的维修。这是制约锂电池大规模替代铅酸电池的关键之一。
锂电池过于“娇贵”，无法像铅酸电池那样经得起折腾。锂电车在使用过程中，经不起摔扔撞击，一旦锂电池遭到刺穿，或者剧烈撞击把锂电池摔坏，锂电池就有可能会产生燃烧与爆炸；锂电池对充电器的要求很高，不能像铅酸电池那样随便用马路边的投币充电器来充电，一旦电流过大，击穿锂电池内的保护板就有可能产生导致燃烧甚至爆炸。
由于锂电池产品质量良莠不齐，大量的低端锂电池冲击着市场，使得经销商对锂电车企业的选择格外的小心谨慎，弄不好哪家制造企业一年半载之后就关门跑路，采购进来的锂电车就要让经销商全部兜着处理了。由此可见，锂电池要实现替代铅酸电池，如果不改变上述的问题，再过五年恐怕也很难
