钴锂电池日本厂商研发不含钴的新型锂电池：5分钟可快速充电80%|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

日本厂商研发不含钴的新型锂电池：5分钟可快速充电80%

据《日本经济新闻》等媒体报道，日本厂商正在集中发力，加速攻克纯电动汽车充电电池的稳定供应问题。近日，日本东芝公司开发出了不含稀有金属钴的锂离子电池。

该电池使用特殊的正极材料，能够显著抑制导致电池膨胀的气体产生，从而提升电池性能。测试结果显示，新电池5分钟可快速充电80%。

锂离子电池由正极材料、负极材料和电解液构成。正极材料一般包含钴和镍等。这些稀有金属开采和精炼过程中存在水质污染问题，且其埋藏地区分布不均，存在较大的供应链风险。

东芝的新型锂电池不含钴，含镍较少，能够降低对稀有金属资源的进口依赖。一般的充电电池随着使用次数的增加，会出现电池劣化。东芝的新型电池在测试中能确保充放电6000次以上仍维持8成以上容量。东芝的目标是用5年左右的时间，将新型电池应用于电动工具和工业机械等小型高电压设备，再逐步大型化完成车载装配。

日本国内电池厂商中，松下能源已推出钴含量5%以下的电池，汤浅蓄电池也在使用全球储量丰富且供应链稳定的硫磺开发锂硫电池。

锂电池的后“钴”时代，原料价格飞涨催生电池新技术进

1980 年，John Goodenough 于牛津发明了第一块需要钴的锂离子充电电池。 实验证明，钴的能量密度非常高，特别适合体积小却需要大能量的电池。Goodenough 通过加热前导部分的方式，自己来提炼钴。

图丨John Goodenough

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。

锂电池有两极，材料各有不同的选择，负极一般是石墨，正极材料提供锂元素，一般为锂、钴和氧的化合物。在电动汽车的使用的锂电池，常常会含有比电子产品更多的镍元素，以求提高能量密度，也减少了稀缺资源钴的使用。但是此举却会使得工艺复杂度以及工艺成本增加，而电池的稳定性也相对较差，更加容易因受到撞击或者高温引起火灾——例如在飞机上起火的三星 Note 7 。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，并且容易形成层级结构。

图丨未加工的钴铜矿石

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。

图丨刚果的一名矿工正在工作

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。

96 岁高龄的 Goodenough 依然考虑着钴的应用。尽管他已经开发出一块不需要钴的电池，他仍然不认为使用钴的锂电池会从此退出历史舞台。 尽管生产成本高昂，他早年设计的锂电池依然有着非常不错的应用潜力。