在刚果的钴矿区，一个10岁的孩子在雨中敲打着大石头，汗水与雨水交织。这个场景揭示了刚果丰富的矿产资源背后隐藏的贫困和童工问题。钴，作为锂电池的关键成分，其需求的激增与电动车行业的快速发展紧密相关。特斯拉等电动车制造商在追求电池技术的自主控制中，面临钴矿供应的挑战。钴在三元锂电池中的作用至关重要，它有助于稳定电池结构，提高充放电性能。然而，钴矿的开采成本高，且涉及人权问题，促使业界寻求无钴或低钴的解决方案。磷酸铁锂电池、高镍低钴电池和完全无钴电池是当前的研究热点，它们在安全性、能量密度和成本效益方面各有优劣。随着技术的不断进步，未来电动车电池的发展方向仍充满变数。
在钴矿里，一个10岁的孩子在雨中奋力敲打一块大石头，我们分不清哪一场雨是他的汗水。这个场景不是焦平面，而是刚果矿区的真实场景。作为世界上铜矿和钴矿最丰富的地区之一，刚果财富丰富，但贫困状况令人震惊。根据非政府组织和儿童基金会的数据，仅在刚果的一个钴矿区，童工人数就达到4万人，不同矿区的工人中有近三分之一是童工…
为什么近年来我们对钴的需求猛增？这背后有什么问题？本期《冷技术》让我们一起来看看钴及其背后的故事。
特斯拉销量卡脖子，其实跟钴有关？
特斯拉作为造车新势力的领导者，非常注重“自主”领域。从早期的电控系统、电机、驾驶员辅助系统到现在的自动驾驶处理单元，特斯拉实现了从系统到芯片的全方位控制，但只有一个项目是特斯拉现阶段无法完全控制的，那就是电池。
特斯拉过去花费大量精力雇佣供应链专家，并与世界各地的矿主谈判，以满足自己对电池的需求。但从实际情况来看，由于锂电池所含矿物元素不同的特殊性，最终采购情况并不乐观，其中最大的问题是钴矿和镍。
钴——锂电池的“定心丸”
目前电动车电池虽然叫锂离子电池，但实际上含有干坤。比如新能源汽车使用的锂电池全称是三元锂电池，三元锂电池根据元素比例不同可以分为523/811等型号，但无论元素比例如何变化，三元材料主要是这两种类型:NCM和NCA，也就是镍、钴、镁和镍、钴和铝。
从这里我们可以发现，无论是哪种三元锂电池，钴和镍都是必不可少的。其中，钴在三元体系中的作用尤为引人关注。
只有电池结构稳定，所谓的自燃等问题才能从根本上减少。综上所述，钴在三元锂电池中最重要的作用是稳定电池，提高充放电性能。也正是因为这种效应，钴在三元体系中一直占据着重要的地位。
抛弃钴，是道德还是利益？
既然钴在整个三元体系中占有如此重要的地位，为什么还要“弃钴”？我认为人权问题是一个因素。
我来说说锂电池三元材料的成本。根据金属工业和采矿业的估计，在一吨钴酸锂中，锂的含量为0.07吨，而钴的含量为0.61吨。但地壳中钴的含量只有锂的六分之一，开采量更少，只有锂矿的一半，更别说像刚果这样的主产区还将其列为国家战略资源，开采成本快速上升，受制于人。所以目前钴矿的成本越来越夸张，量少价高，是放弃钴的重要因素。
没有钴电池出现，最终谁来消费？
目前钴的各种问题促使各个车企和供应商寻求更好的解决方案，而这些解决方案的本质就是在降低电池使用成本的同时保证产品的供应不受限制。以目前的技术水平，科研领域有几个不同的声音，包括物理和化学方面，一个全新的三元体系和一个仍然保留钴的超低钴模型…
1)磷酸亚铁锂路线
我们来看看完全没有钴的方案。事实上，在三元锂电池用于新能源汽车之前，有一种无钴电池方案，那就是磷酸铁锂电池。
磷酸铁锂电池是以磷酸亚铁锂为正极材料的锂离子电池。它的优点很明显，那就是它的安全性能高。从化学角度来看，磷酸亚铁锂中磷酸亚铁锂晶体的P-O键非常稳定，不易分解，因此它的化学特性是在高温下不会坍塌，即不易燃烧，使用安全。
缺点也很明显。能量密度低。在同样的电动车布局空下，三元锂电池的续航里程会高于磷酸铁锂电池。毕竟三元锂电池的能量密度高于磷酸铁锂电池。从数值上看，磷酸铁锂电池的能量密度基本可以达到120Wh/kg，而三元锂电池已经在140Wh/kg左右。
在此之前，当代安普瑞斯科技有限公司还将电池组的研究与磷酸亚铁锂相结合。通过在空之间改变结构优化，可以提高电池组的整体性能，这就是所谓的CTP。
除了当代安普瑞斯科技有限公司，比亚迪最近流行的刀片电池本质上也属于这种CTP设计。同时，电池还采用了新一代磷酸亚铁锂。在这些技术的加持下，比亚迪韩的纯电续航里程可达605公里，堪比三元锂电池。
2)高镍低钴路线
三元材料电池体系已经发展了这么多年，一步去除钴显然是不现实的，彻底去除钴会对电池的稳定性产生影响，即使有手段，也不可能马上量产，所以科学家认为是否有可能在过渡期降低钴的比例来维持电池更好的发展。有趣的是，这项研究的结果令人兴奋。NCA和NCM都可以通过调整比例来调整钴含量。
当然，这种高镍方案存在很多不确定性，比如低钴能否保证电池的稳定性。目前科学界还没有非常统一的结论，这仍然是一个非常前沿的科技问题。
3)用其他元素代替钴。
最后一条路线是完全消除钴，或者用新元素代替。上周，蜂巢能源展示了其无钴电池。
它的作用复杂又复杂，简单又简单，就是用两种化学键更强的元素代替钴掺杂到材料中。通过强化学键稳定氧八面体结构，减少锂和镍的混合，提高材料的稳定性，本质上是在取代钴在三元材料中的作用。
目前，蜂巢能源已经发布了一款名为L6薄无钴长电池的相关产品，能量密度为240Wh/kg，将于2021年下半年量产。
IBM也有类似的研究。他们主要与奔驰合作，从海水中提取三种物质，摆脱对钴等重金属的依赖。不过，IBM并没有透露具体的元件类型和制造方法，但根据时间表，他们将在今年发布新的电池工作模式。
另外，类似于松下和LG，也有关于无钴电池的研究，但是无钴电池真的不是一件简单的事情，所以目前我们还是要问一个问号，这个绝对无钴的电池在技术上是否真的稳定，也许明年蜂巢能源的无钴电池量产之后，我们就能找到真正的答案了。
编辑点评:电池作为电动汽车最重要的部件之一，远没有我们看到的那么简单。背后是大国之间的博弈和技术之间的对抗。目前三元锂电池仍占据主流。落后一段时间后，磷酸铁锂电池从结构方面有所突破，处于奋力追赶的第二梯队，而资源要求较低的无钴电池则属于新生的太阳，最快明年就要进行量产。未来是只有无钴电池，还是三种电池占主导地位？我们将拭目以待。
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