IDTechEx评估零钴和高性能锂离子电池的选项

镍锰钴氧化物(NMC)和镍钴铝氧化物(NCA)层状氧化物材料是当今的主要阴极，因为它们在电动汽车和固定存储。在当前的迭代中，镍可占金属含量的60-80%。为了改善这类材料，许多人已经在尝试将更多的镍结合到这些阴极中，这增加了它们的可逆容量，并可以替代一些所需的昂贵钴。对于电池电动汽车而言，提高容量以及因此提高能量密度当然是非常重要的，IDTechEx预测，“高镍” NMC(镍含量> 60%)的份额在未来十年将显着增加。

最近，动力正转向降低钴本身的含量，以最大程度地减少对有争议材料的依赖性。IDTechEx计算出，到2030年锂离子中的钴含量几乎300 kt。根据USGS的数据，这将比2019年估计的开采量增加2倍以上。建造新矿需要5-10年的时间框架表明，运输电气化和可再生能源整合可能处于危险之中有关更多信息，请参见IDTechEx的报告“2020-2030年锂离子供应链”“。因此，从许多角度出发，最好不要使用钴，许多公司和新闻报道都报道了低钴和无钴电池的问世。但是，通常认为这种金属对于稳定NMC / NCA至关重要。在不严重降低循环寿命和安全性的前提下，将钴材料制成材料并将钴含量降低至10%以下是不小的壮举，那么，从含钴阴极移走有哪些选择呢?

首先，存在降低NMC和NCA钴含量的总体趋势，尽管它们不可能永远为零钴，但许多人仍在努力减少钴含量并增加镍含量。如上所述，挑战在于保持循环寿命和稳定性，并且采用了多种材料选择和设计来改善这些因素。据报道，NMC 811(镍含量为80%)已在中国的几款电动汽车中使用，镍含量的增长势头还将继续，专利文献显示，主要参与者正在使用和探索镍含量超过80%的材料。请参阅IDTechEx报告“2020年锂离子电池专利态势“。减少钴并增加层状氧化物的镍含量可能是增加容量和减少钴依赖的解决方案，即使它们从来都不是零钴。

一种广泛商业化的技术，可显示出较长的循环寿命，改进的安全性，并可设计用于高速率能力。此外，以美元/千克计，它是一种成本相对较低的材料。由于这些因素，它非常适合于电动巴士，两轮车，某些固定式应用等应用，并且也引起了电动汽车的新兴趣。但是，它本质上是能量密度较低的阴极，尽管有方法可以提高电池和电池组的能量密度，但LFP电池不太可能满足远程电动汽车的需求。

磷酸锂锰(LMP)与LFP具有相同的晶体结构，但在更高的正电压下工作，克服了LFP的主要缺点之一。然而，由于锰含量高，循环寿命趋于降低，而不良的电子和离子电导率意味着合理的容量通常仅在低充电/放电速率下测量，因此不适合电动汽车。添加铁以形成LMFP可以改善电导率和循环寿命，但会降低平均电压。最终，LMFP可以弥合LFP和NMC / NCA之间的鸿沟，但是LMP和LMFP的可逆容量太低，无法使用NMC或NCA达到电池的细胞级能量密度。

锂离子市场不断推动新技术的发展，其驱动力是降低NMC和NCA阴极的钴含量，这引起了近期的关注。但是，在不对整体性能造成负面影响的情况下进行此操作极具挑战性，并且鉴于目前最先进的阴极配方中已使用的钴比例相对较低，并且合成低钴/高钴合金的难度增加，因此无法保证成本效益镍层状氧化物。其他类别的正极材料都有各自的优缺点。当然，钴开采的道德影响不容小under，从中长期来看，公司可能需要最大限度地减少对金属的需求，以减少供应风险。

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