La formula dei materiali delle batterie al litio ternarie sta subendo una rivoluzione, la tendenza è quella di usare meno cobalto e l'assenza di cobalto è ancora una prospettiva lontana

Di recente, il produttore di batterie giapponese Panasonic ha annunciato che svilupperà batterie per autoveicoli prive di cobalto. Mentre il mercato dei veicoli elettrici continua a crescere, aumenta anche il prezzo dei suoi componenti principali, le batterie. La domanda delle attuali batterie più diffuse, le batterie ternarie al litio, continua a crescere. Essendo uno dei materiali degli elettrodi positivi delle batterie al litio ternarie, il cobalto è diventato una risorsa rara e strategica a causa della sua scarsità. Il 66% della produzione mondiale di cobalto proviene dalla Repubblica Democratica del Congo, politicamente instabile, con conseguenti riserve limitate e prezzi in aumento, che hanno rappresentato un limite allo sviluppo di nuovi veicoli energetici. Per questo motivo, i produttori di automobili e le aziende produttrici di batterie stanno sviluppando metodi per ridurre la percentuale di cobalto nella formula dei materiali delle batterie al litio ternarie. Alcune aziende hanno addirittura iniziato a sviluppare batterie senza cobalto. Sembra però che al momento sia ancora difficile trovare soluzioni prive di cobalto.

I prezzi del cobalto aumentano perché l'offerta supera la domanda

Di recente, Bloomberg New Energy Finance (BNEF) ha pubblicato un rapporto in cui prevede che la carenza di cobalto potrebbe verificarsi prima del previsto. La carenza di questo materiale costosissimo per le batterie avrà un impatto significativo sul settore dei veicoli elettrici nei prossimi 5-10 anni. I dati mostrano che la produzione di cobalto della Repubblica Democratica del Congo rappresenta due terzi delle miniere di cobalto del mondo e che è necessario scoprire con urgenza nuove fonti di risorse. Inoltre, molte società minerarie oligopolistiche stanno accumulando grandi quantità di cobalto, rendendolo ancora più difficile da reperire.

Un analista della BNEF ha affermato: "A giudicare dalla situazione attuale, ci vorrà molto tempo per trovare nuove risorse minerarie. Se ci affidiamo solo alle risorse di cobalto nella Repubblica Democratica del Congo, è molto probabile che entro il 2020 si verificherà una crisi di approvvigionamento di cobalto". Il BMW Group ha affermato che le case automobilistiche che stanno implementando attivamente i veicoli elettrici sono già consapevoli della crisi dell'approvvigionamento.

Vale la pena ricordare che il tasso di crescita del mercato in Cina, il più grande mercato mondiale di veicoli a energia nuova, è più rapido del previsto e che nel giro di poco tempo il cobalto scarseggerà. Gli analisti hanno sottolineato che se non si riuscisse ad aumentare costantemente la fornitura di cobalto, il prezzo del cobalto salirebbe vertiginosamente, il che avrebbe un impatto significativo sullo sviluppo del mercato dei veicoli elettrici. I dati mostrano che dall'inizio del 2016 il prezzo del cobalto alla Borsa di Londra nel Regno Unito è aumentato del 270%, raggiungendo un livello record a marzo di quest'anno. Pete Dineen, responsabile dell'Electric Vehicle Metals Resources Group, ha affermato in una e-mail che, indipendentemente dal fatto che la situazione politica nella Repubblica Democratica del Congo influirà sulle esportazioni di cobalto, l'attuale prezzo elevato riflette pienamente la carenza di cobalto.

Attualmente Panasonic sta cercando di garantire una fornitura stabile sul mercato del cobalto. Gli addetti ai lavori prevedono che entro il 2018 il consumo di cobalto di Panasonic raggiungerà quasi 8.000 tonnellate. Inoltre, anche aziende come BMW, Volkswagen, Samsung SDI e LG Chem sono alla ricerca di fonti di approvvigionamento stabili. In precedenza, Volkswagen e BMW speravano di firmare contratti a lungo termine con i fornitori di cobalto, ma i progressi non sono stati facili. Xu Aidong, segretario generale della divisione cobalto della China Nonferrous Metals Industry Association, ha parlato specificamente del tema degli utenti finali che bloccano le risorse dei fornitori a monte al China (Qinghai) Lithium Industry and Power Battery International Summit Forum tenutosi di recente. Ha affermato: "Per bloccare i prezzi, molte aziende devono firmare contratti decennali con i fornitori a monte. Questo comportamento non è molto razionale. Sebbene il mercato del cobalto sia molto caldo ora, nessuno può garantire che il prezzo attuale sia basso. Da un lato, il prezzo non può essere bloccato; dall'altro, molte industrie minerarie del cobalto hanno aderito al sistema di "catena di fornitura responsabile", sperando di ottenere un approvvigionamento minerale sostenibile nell'industria del cobalto".

Alto contenuto di nichel e basso contenuto di cobalto sono la tendenza generale

Di fronte all'aumento dei costi, i fornitori globali di batterie stanno cercando di ridurre il contenuto di cobalto nelle batterie ternarie. Hanno modificato il rapporto di formula dei materiali dell'elettrodo positivo della batteria, modificando il rapporto nichel-cobalto-manganese o nichel-cobalto-alluminio nelle batterie ternarie da 6:2:2 a 8:1:1. Anche molte aziende cinesi produttrici di batterie stanno pianificando di sviluppare batterie ternarie ad alto contenuto di nichel. L'alto contenuto di nichel e il basso contenuto di cobalto vengono utilizzati per aumentare la densità energetica da un lato e ridurre i costi dall'altro.

Le case automobilistiche stanno inoltre lavorando intensamente per sviluppare tecnologie avanzate che consentano di ridurre ulteriormente il contenuto di cobalto nelle batterie. Attualmente, BYD prevede di adeguare il rapporto tra nichel, cobalto e manganese a 8:1:1 entro la fine dell'anno, e si prevede che BMW adotterà questo rapporto di formula nel 2021. Si prevede che entro il 2020, tali batterie a basso contenuto di cobalto rappresenteranno il 7% del totale delle batterie per veicoli elettrici, e questa percentuale aumenterà al 57% entro il 2030, riducendo così l'impatto delle materie prime delle batterie sul prezzo totale delle batterie.

Ovviamente, Panasonic è più radicale e spera di ridurre a zero il contenuto di cobalto nelle batterie ternarie. Ken Tamura, responsabile della divisione batterie per auto di Panasonic, ha affermato: "Abbiamo ridotto notevolmente il contenuto di cobalto nelle batterie. La percentuale di cobalto nelle batterie ternarie è scesa al 3%. Ora il nostro obiettivo è raggiungere l'assenza di cobalto e questa tecnologia è già in fase di sviluppo". In qualità di fornitore esclusivo di batterie per la Tesla Model 3, Panasonic attualmente produce le batterie nella sua Gigafactory in Nevada, USA. Yoshiro Ito, responsabile del settore automobilistico di Panasonic, ha affermato che oltre a ridurre al minimo l'uso del cobalto nella tecnologia delle batterie, Panasonic sta anche negoziando attivamente con i fornitori di cobalto, nella speranza di firmare contratti di fornitura stabili e a lungo termine, "in modo che l'azienda possa evitare i rischi causati dall'impennata dei prezzi delle materie prime".

All'inizio di maggio, Tesla ha annunciato che le batterie installate nella sua Model 3 hanno ridotto notevolmente il contenuto di cobalto, aumentando invece quello di nichel, raggiungendo così la più alta densità energetica di sempre e raggiungendo una resistenza al calore eccezionale. Di recente, il CEO di Tesla, Musk, ha dichiarato sui social media che il contenuto di cobalto nelle batterie della Tesla Model 3 è sceso a meno del 3%. Continueranno a migliorare la tecnologia e si impegneranno ad abbandonare completamente il cobalto nella prossima generazione di batterie, cambiando così la reputazione delle "maledette batterie".

È improbabile che non ci sia cobalto nel breve termine

Oltre a ridurre la percentuale di cobalto nelle batterie, un'altra soluzione è il riciclaggio del cobalto. Secondo un rapporto della BNEF, l'attuale tasso di riciclaggio del cobalto è pari solo al 25-50%. Se il cobalto in tutte le batterie delle autovetture potesse essere riciclato, si prevede che la quantità totale di cobalto riciclato raggiungerà le 100.000 tonnellate metriche all'anno entro il 2030. Attualmente, aziende tra cui Samsung SDI e BMW stanno esplorando attivamente il riciclaggio del cobalto da batterie di telefoni cellulari e auto. Tuttavia, la riduzione del contenuto di cobalto nelle batterie o il riciclaggio del cobalto possono solo alleviare le difficoltà temporanee e non possono realmente risolvere il problema dell'approvvigionamento.

Quindi le batterie senza cobalto sono davvero realizzabili? Essendo una delle materie prime più importanti per le batterie al litio, il cobalto può migliorare significativamente la densità energetica delle batterie al litio. Per sostituire il cobalto, i produttori di batterie spesso incrementano l'uso del nichel per migliorare la densità energetica delle batterie. Tuttavia, l'uso crescente di nichel comporterà una diminuzione della stabilità strutturale dei materiali degli elettrodi corrispondenti, il che a sua volta influirà sulla durata del ciclo della batteria e sulla sicurezza. Alcuni addetti ai lavori ritengono che attualmente le case automobilistiche e i fornitori di batterie abbiano solo ridotto la percentuale di cobalto nei materiali delle batterie ternarie, ma che al momento il cobalto non possa essere sostituito.

"Dal punto di vista della tecnologia delle batterie al litio, quando il rapporto tra nichel, cobalto e manganese è 8:1:1, la densità energetica della batteria raggiunge i 300 wattora/chilogrammo, che può essere chiaramente considerato un 'tetto', e potrebbe non essere superato nei prossimi 10 anni." Sun Xiaodong, vicepresidente di Ningbo Shanshan Co., Ltd., ha affermato quanto segue al Summit Forum internazionale sull'industria del litio e sulle batterie elettriche. Molti addetti ai lavori del settore hanno affermato che, nonostante molti fornitori di batterie stiano riducendo l'uso del cobalto, la maggior parte dei produttori non ha ancora implementato l'applicazione della tecnologia 8:1:1 nella produzione di massa. Per quanto riguarda il tempo necessario affinché le batterie senza cobalto arrivino sul mercato, potrebbe essere ancora più lungo.

Xu Aidong ha anche affermato: "In effetti, l'attuale produzione di batterie ternarie 8:1:1 rappresenta meno del 10% del totale, perché le aziende produttrici di batterie devono anche considerare le questioni di sicurezza riducendo al contempo i costi". Ritiene che, da una prospettiva strategica, la direzione di sviluppo sia sicuramente quella di puntare su un alto tenore di nichel e un basso tenore di cobalto, ma il cobalto non può essere sostituito nel breve termine. Da un lato, il cambiamento nel rapporto di formula comporta delle sfide per i metodi di confezionamento delle batterie. Attualmente, le batterie al litio sono ancora prevalentemente confezionate in forma cilindrica e le tecnologie soft-pack e quadrate sono ancora immature. D'altro canto, se si vuole ridurre i costi e sviluppare i veicoli elettrici, è necessario che questi ultimi garantiscano comunque sicurezza e qualità come prerequisito. "Non possiamo semplicemente precipitarci a fare le cose per ridurre i costi", ha affermato.

■ Si prevede che i prezzi del cobalto si stabilizzeranno nel medio e lungo termine

La buona notizia è che i prezzi del cobalto non continueranno a salire. Gli ultimi dati mostrano che i prezzi nazionali del cobalto hanno continuato a scendere dal 1° giugno; il prezzo quotato del cobalto il 26 giugno era di 542.600 yuan/tonnellata. Il prezzo del cobalto, in forte crescita da oltre un anno, ha finalmente raggiunto un arresto d'emergenza. Xu Aidong ha affermato che lo sviluppo di nuovi veicoli energetici e di industrie di batterie elettriche ha avuto un impatto significativo sui materiali a monte. Il prezzo del cobalto è aumentato notevolmente rispetto allo scorso anno, il che ha attirato grande attenzione da parte del mercato. Ma quando i prezzi salgono fino a un certo livello, gli aggiustamenti nella catena di fornitura li stabilizzeranno.

Wang Zidong, direttore del laboratorio di batterie elettriche del China North Vehicle Research Institute, ha dichiarato in un'intervista con un giornalista di China Automobile News che i prezzi del cobalto hanno iniziato a scendere, il che indica che l'impatto del cobalto sulle batterie per autoveicoli non è poi così grande e che le batterie ternarie non sono una "panacea". Ritiene che anche le batterie al litio-ferro-fosfato abbiano buone prospettive di sviluppo. Luo Huanta, presidente del Gaogong Industry Research Institute, è della stessa opinione. Lui crede: "Dalla produzione del primo trimestre, il tasso di crescita delle batterie ternarie domestiche ha raggiunto il 63%. Tuttavia, dopo che il prezzo dei materiali degli elettrodi positivi, in particolare il cobalto, è aumentato, molte aziende stanno ora pensando o provando a rallentare il cambiamento nella proporzione di materiali ternari, o a prendere la strada del litio ferro fosfato. Alcune aziende hanno già iniziato a provarci."

Xu Aidong ha infine sottolineato che con lo sviluppo di materiali per batterie al litio ternarie, l'intensità del consumo di cobalto diminuirà, ma il consumo totale continuerà ad aumentare. Rispetto al litio e al nichel, il tasso di crescita del consumo di cobalto rallenterà. Allo stesso tempo, la tendenza verso un elevato contenuto di nichel, causata dall'aumento dei prezzi del cobalto e dal restringimento delle catene di approvvigionamento, avrà un impatto anche sulle prospettive di consumo e sugli investimenti nel cobalto. Finché il prezzo del cobalto tornerà a un livello più moderato, continuerà a stimolarne la crescita del consumo. In generale, ritiene che con la diffusione dei veicoli elettrici, anche la tecnologia delle batterie subirà grandi cambiamenti e che il ruolo combinato di vari aspetti sarà in grado di mantenere uno sviluppo costante del settore delle batterie.

Vincitore del Qingyun Plan di Toutiao e del Bai+ Plan di Baijiahao, del Baidu Digital Author of the Year 2019, del Baijiahao's Most Popular Author in the Technology Field, del Sogou Technology and Culture Author 2019 e del Baijiahao Quarterly Influential Creator 2021, ha vinto numerosi premi, tra cui il Sohu Best Industry Media Person 2013, il China New Media Entrepreneurship Competition Beijing 2015, il Guangmang Experience Award 2015, il China New Media Entrepreneurship Competition Finals 2015 e il Baidu Dynamic Annual Powerful Celebrity 2018.