1753年，瑞典化學(xué)家格布蘭特從輝鈷礦中分離出一種帶有淺玫色的灰色金屬，與當(dāng)時(shí)所有認(rèn)知中的金屬均不相同，后來人們發(fā)現(xiàn)這種金屬正是高純度的金屬鈷。

鈷在被發(fā)現(xiàn)初期，并沒有立刻引起人們的關(guān)注，反而因?yàn)樗哂卸拘裕欢缺蝗藗兙炊h(yuǎn)之。然而，隨著科學(xué)的進(jìn)步，科學(xué)家們逐漸發(fā)現(xiàn)，鈷十分適合應(yīng)用于電池之中，現(xiàn)如今越來越多的產(chǎn)品都需要這種金屬。

縱觀全球市場，鈷礦資源分布極為不平衡，鈷的產(chǎn)量主要依賴于幾大核心礦產(chǎn)公司，這就導(dǎo)致鈷的價(jià)格很容易受到供需影響。

2018年，鈷價(jià)就經(jīng)歷了一次過山車。

由于鈷價(jià)長期處于低位，因此全球最大鈷礦公司嘉能可在2015年8月宣布關(guān)閉位于剛果(金)的兩處礦山，導(dǎo)致鈷的供給減少近20%。恰時(shí)又適逢新能源汽車崛起，作為三元?jiǎng)恿﹄姵氐暮诵脑兀拑r(jià)伴隨新能源汽車的放量而迅速攀升，一度達(dá)到68.5萬元的歷史高位。

由于價(jià)格上漲，嘉能可重新在2018年擴(kuò)產(chǎn)鈷，當(dāng)年產(chǎn)量同比增長54%，從而導(dǎo)致鈷的供需轉(zhuǎn)為過剩。在鈷價(jià)上漲過程中，大量中間企業(yè)擇機(jī)囤貨，這一方面造成了鈷價(jià)的快速上漲，另一方面也造成了鈷價(jià)的快速下跌，最低時(shí)每噸均價(jià)僅為22.3萬元。

在此之后，伴隨著全球新冠疫情的爆發(fā)，以及新能源汽車市場的崛起，鈷庫存迅速消化，價(jià)格逐漸抬升，走出底部。

聚焦今年，鈷價(jià)再次暴動(dòng)。年初的時(shí)候，鈷每噸均價(jià)尚處于28萬元左右，而到了12月，每噸均價(jià)已經(jīng)高達(dá)49萬元左右。一年時(shí)間，鈷價(jià)暴漲75%。

在庫存金屬鈷基本消化完畢的當(dāng)下，疊加全球鈷主要產(chǎn)地剛果(金)局勢持續(xù)動(dòng)蕩，近三分之二中資采礦企業(yè)受到影響;另一方面，在全球鈷礦關(guān)鍵轉(zhuǎn)運(yùn)中心南非，奧密克戎變異毒株再度肆虐，鈷礦物流出現(xiàn)交貨延遲。

二者綜合，導(dǎo)致鈷價(jià)長時(shí)間的持續(xù)上漲，并仍有進(jìn)一步漲價(jià)的可能。

暴漲暴跌的鈷價(jià)，始終是電池企業(yè)和整車廠心中難以消解的痛。迫于漲價(jià)壓力，整車廠聯(lián)合電池廠商不斷削減三元鋰電材料中鈷的用量，但這種方案治標(biāo)不治本。

在鈷價(jià)一路上漲的當(dāng)下，“無鈷”會成為鋰電池行業(yè)未來數(shù)年的發(fā)展趨勢嗎?誰又是“無鈷”先行者呢?

鈷，生來昂貴

以上海有色網(wǎng)12月21日現(xiàn)貨價(jià)格計(jì)算，在三元前驅(qū)體直接原材料中，硫酸鈷(≥20.5%國產(chǎn))每噸均價(jià)高達(dá)9.925萬元，電池級硫酸鎳每噸均價(jià)3.475萬元，電池級硫酸錳每噸均價(jià)僅約1萬元。

不難看出，硫酸鈷價(jià)格是其他兩種材料的數(shù)倍，也正因此，鈷的價(jià)格對三元電池的成本影響極大。

市場經(jīng)濟(jì)之下，產(chǎn)品的價(jià)格取決于供給和需求，而鈷的高昂售價(jià)和大幅波動(dòng)，也正是兩者疊加的結(jié)果。

供給端，鈷本身是一種極為稀缺的金屬。根據(jù)美國地址勘探局(USGS)數(shù)據(jù)顯示，2020年探明鈷礦儲量僅710萬噸。如果按照2020年開采量進(jìn)行估算，全球現(xiàn)有鈷礦可開采年限約為50年。

更為重要的是，全球鈷礦儲量和產(chǎn)地都十分集中。僅剛果(金)一個(gè)國家就占據(jù)了全球鈷礦儲量的50.70%，此外澳大利亞鈷資源儲量占比約19.72%，古巴占比約7.04%，三個(gè)國家占據(jù)全球鈷礦近8成的儲量。

產(chǎn)量方面，這種不均衡表現(xiàn)更為顯著。在2020年全球14萬噸的總產(chǎn)量中，剛果(金)產(chǎn)量即高達(dá)9.5萬噸，占全球產(chǎn)量的7成。在全球鈷礦企業(yè)中，嘉能可是絕對的巨頭，2020年產(chǎn)鈷2.7萬噸，約占全球總產(chǎn)量的21.6%。

剛果(金)之外，南非是全球鈷供應(yīng)鏈又一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。從剛果(金)產(chǎn)出的鈷礦，主要通過公路運(yùn)輸至南非的德班港，之后運(yùn)至全球貨物目的地，也正因此，南非成為全球鈷礦的關(guān)鍵轉(zhuǎn)運(yùn)中心。

產(chǎn)能集中，運(yùn)輸路線集中，這就導(dǎo)致全球鈷礦供應(yīng)鏈剛性極強(qiáng)。一旦出現(xiàn)突發(fā)事件，鈷供應(yīng)馬上會受到影響，進(jìn)而導(dǎo)致鈷價(jià)暴漲。

另一方面的應(yīng)用端，鈷的場景十分廣泛，但大規(guī)模的需求卻集中于幾個(gè)大的下游市場。鈷最早的應(yīng)用領(lǐng)域是染色劑;到了20世紀(jì)，鈷最大的應(yīng)用市場是高溫合金，對應(yīng)的下游是航空業(yè)，鈷礦應(yīng)用規(guī)模尚小。

進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著鈷在化學(xué)應(yīng)用，尤其是電池材料上的需求快速攀升，電池行業(yè)用量超過高溫合金行業(yè)，成為鈷的最大的消費(fèi)終端行業(yè)。在2020年全球鈷消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，電池行業(yè)應(yīng)用占比高達(dá)68.80%。在我國，由于3C制造業(yè)和鋰電池產(chǎn)業(yè)向中國轉(zhuǎn)移，電池行業(yè)占我國鈷消費(fèi)的8成以上。

近年來，新能源汽車的崛起，動(dòng)力電池成為鈷的新增量需求。據(jù)安泰科預(yù)計(jì)，2021年全球鈷消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，3C鋰電占比36%，動(dòng)力電池將占比31%。

長期來看，3C鋰電和動(dòng)力電池都是規(guī)模龐大且穩(wěn)定高速增長的市場。在全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展大趨勢下，市場對鈷的需求十分剛性。在供應(yīng)鏈剛性和需求剛性綜合影響的市場格局下，鈷的價(jià)格自然居高不下，且波動(dòng)極大。

三元電池不可或缺的穩(wěn)定劑

供需趨緊決定了鈷價(jià)必不便宜，而剛性供應(yīng)鏈決定了某些時(shí)候鈷價(jià)將更加高昂。出于商業(yè)考量，近年來三元電池材料“無鈷”的呼聲越來越高。

自商業(yè)應(yīng)用以來，能量密度、安全性、成本形成了現(xiàn)階段動(dòng)力電池發(fā)展的“不可能三角”。

目前來看，鋰離子電池主要的正極材料包括三元材料(包括鎳鈷錳 NCM和鎳鈷鋁 NCA)、磷酸鐵鋰(LFP)、鈷酸鋰(LCO)和錳酸鋰 (LMO)。其中鈷酸鋰體積能量密度高，在3C消費(fèi)品中是當(dāng)仁不讓的霸主。在動(dòng)力電池領(lǐng)域，目前主要包括兩種，三元材料和磷酸鐵鋰。

磷酸鐵鋰成本低，安全性好，循環(huán)壽命好，但能量密度低，低溫性能不好;而三元材料能量密度更高，高低溫性能好，但成本較高。可以說，兩種電池材料都不完美。

于是便出現(xiàn)了兩條改進(jìn)路線：一是提升磷酸鐵鋰電池的能量密度，如比亞迪刀片電池，在電芯設(shè)計(jì)、電池包結(jié)構(gòu)等層面進(jìn)行優(yōu)化，比一般鐵鋰電池能量密度提升50%。另一條路線則是降低三元電池的成本，于是“無鈷”就應(yīng)運(yùn)而生。

但實(shí)際上，在三元材料研究中，“無鈷”從來不是一個(gè)新鮮的概念。在鋰電池的發(fā)展過程中，一眾研究人員已經(jīng)對正極材料的各種組合進(jìn)行過無數(shù)次的實(shí)驗(yàn)，三元正極中“鈷”的引入和剔除以及相應(yīng)變化對動(dòng)力電池屬性的影響，自然也是經(jīng)驗(yàn)證的課題。

結(jié)果呢?三元成為商業(yè)化最為成熟的動(dòng)力電池材料之一。鈷沒有被剔除，自然有其不得不保留的原因。

實(shí)際上，在鎳鈷錳三元材料中，鈷的作用不容忽視。在三元材料動(dòng)力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)上，鈷的存在具有極大的增益效果。一般來說，鈷的作用在于可以穩(wěn)定三元材料的層狀結(jié)構(gòu)，提高材料的循環(huán)和倍率性能。同時(shí)鈷的存在，一定程度上可以抑制高鎳帶來的鋰鎳混排問題。

但最為關(guān)鍵的是，鈷對于三元正極材料的熱穩(wěn)定性起到了具有主導(dǎo)性的作用。

近年來，為提升動(dòng)力電池能量密度，鎳的占比不斷提升。但與此同時(shí)，熱穩(wěn)定性成為了三元?jiǎng)恿﹄姵氐淖畲蠖贪濉?/p>

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在三元電池放電中，鈷由于獨(dú)特的化學(xué)特性能夠先于Ni元素發(fā)生還原而占據(jù)四面體位置，從而延緩了鎳元素的遷移，進(jìn)而推遲釋氧放熱反應(yīng)，提高三元電池的熱穩(wěn)定性。

從目前公開資料來看，NCM811和NCA兩種含鈷較低的動(dòng)力電池，能量密度提升顯著，但在安全余量上略低于NCM523和NCM622。

也正因此，在NCM811電池和NCA電池使用時(shí)，整車企業(yè)往往配合其他的動(dòng)力電池技術(shù)提高安全性，如廣汽集團(tuán)的彈匣電池，以及特斯拉的圓柱電池等等。

總而言之，動(dòng)力電池是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，牽一發(fā)而動(dòng)全身。目前來看，在保證三元電池綜合效能上，鈷仍然不可或缺。

誰先“拋棄”了鈷?

在三元材料體系內(nèi)，目前達(dá)成的共識是，一方面通過高鎳實(shí)現(xiàn)更高的能量密度，另一方面通過減少鈷的用量來降低總體成本。

于是我們可以看到，三元正極材料正加速從 NCM523、622 等中鎳向 NCM811、NCA 等高鎳化方向加速滲透。根據(jù) SMM 統(tǒng)計(jì)，NCM811 在三元正極材料中的占比從2018年1月的 1%提升至2021年9月的 38%。在這個(gè)過程中，電動(dòng)汽車鈷用量逐漸減少。

以特斯拉為例，特斯拉最早的電動(dòng)跑車Roadster，使用的是更昂貴的鈷酸鋰，而到Model 3的NCA體系，鈷的使用量減少了60%。據(jù)特斯拉透露，在2012年特斯拉的鈷使用量為平均每輛車11千克，2018年這一數(shù)字已經(jīng)減少到了4.5千克。

鈷用量不斷減少，但仍然存在，真正意義上的“無鈷”電池，尚未出現(xiàn)。

需要注意的是，鋰電池行業(yè)追求的“無鈷”電池，是在保有三元體系高能量密度特性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高安全性和低成本，形成一種更完美的動(dòng)力電池解決方案，而并非其他不含鈷材料如磷酸鐵鋰等。

實(shí)際上，真正的三元體系“無鈷”電池，目前僅處于“技術(shù)儲備”層面，尚未成為全行業(yè)的重點(diǎn)布局方向，但仍有多個(gè)企業(yè)在無鈷方向探索，長城汽車旗下蜂巢能源即是先鋒之一。

蜂巢能源最早從2018 年就開始投入研發(fā)無鈷電池，并在2020年9月發(fā)布無鈷電池兩大產(chǎn)品平臺，并在當(dāng)年12月接受全球預(yù)訂;如今其首款無鈷電池產(chǎn)品已經(jīng)能夠量產(chǎn)下線。

在今年的第二十四屆成都國際車展上，首款搭載蜂巢能源無鈷電池包的量產(chǎn)車型長城歐拉櫻桃貓正式亮相，雖然櫻桃貓搭載的無鈷電池包的系統(tǒng)密度并不高，系統(tǒng)能量密度僅為170Wh/kg，但它卻標(biāo)志著動(dòng)力電池行業(yè)正式進(jìn)入無鈷時(shí)代。

此外，關(guān)于無鈷電池的后續(xù)產(chǎn)品規(guī)劃，蜂巢能源董事長兼CEO楊紅新表示，蜂巢能源無鈷電池目前共規(guī)劃四款量產(chǎn)產(chǎn)品，分別是無鈷H系列115Ah電芯，155Ah電芯，H Plus系列157Ah電芯，和無鈷E系列115Ah電芯，覆蓋全部車型超長里程。其中無鈷H系列115A電芯和155Ah電芯能量密度為240Wh/kg，115Ah產(chǎn)品已經(jīng)率先實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)裝車。

12月16日，蜂巢能源宣布首條無鈷電池量產(chǎn)線在安徽省馬鞍山經(jīng)開區(qū)蜂巢動(dòng)力鋰離子電池項(xiàng)目基地投用，無鈷電池和HEV電池開始量產(chǎn)下線。

除蜂巢宣布量產(chǎn)外，其他廠商對于無鈷方向多止于技術(shù)層面。如近日寧德時(shí)代在投資者關(guān)系平臺上回復(fù)，其對于無鈷電池、全固態(tài)電池、無稀有金屬電池等下一代電池和行業(yè)內(nèi)的新興技術(shù)，始終保持高度關(guān)注并開展技術(shù)布局。

根本上說，動(dòng)力電池的無鈷化是一個(gè)相當(dāng)宏大的課題。從基礎(chǔ)科學(xué)研究理解工作機(jī)理，再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行材料實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步放大至商業(yè)化大生產(chǎn)階段，是一個(gè)漫長的過程。無鈷電池的商業(yè)化，必須要所有配套材料同步革新，這更是一個(gè)十分復(fù)雜、相當(dāng)緩慢的事情，目前來說，任重道遠(yuǎn)。

更完美的動(dòng)力電池解決方案始終是一眾電池廠商追求的方向，“無鈷電池”上半場中，更早進(jìn)行“無鈷”布局的蜂巢能源無疑搶得先機(jī)。但隨著特斯拉和寧德時(shí)代等巨頭的入局，這場關(guān)乎動(dòng)力電池材料效率和成本的戰(zhàn)爭遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒到終結(jié)的時(shí)候。