中國粉體網(wǎng)訊 特斯拉在和比亞迪及寧德時(shí)代合作以前，一直使用的都是松下提供的三元電池（NCA）,，其中含有鈷元素,。在2019年的特斯拉財(cái)報(bào)電話會議上，馬斯克提到可以把鈷的使用量降到零,。自從那以后,，特斯拉將推出無鈷電池的概念誕生了，這條信息經(jīng)過媒體的傳播不斷得到強(qiáng)化,。
無鈷電池概念大火后,，很多企業(yè)都想分一杯羹。2020年年初特斯拉放出消息,，將采購寧德時(shí)代的“無鈷電池”,，后被證實(shí)，此無鈷,，其實(shí)是磷酸鐵鋰電池,；3月份比亞迪發(fā)布刀片電池，本質(zhì)上仍是磷酸鐵鋰電池,，但電池容量有所提升,，成本大幅降低；5月18日蜂巢能源召開發(fā)布會率先宣布推出NMx無鈷電池,，成為全球第一家成功研發(fā)出無鈷電池的企業(yè),。
▲蜂巢能源無鈷電池發(fā)布會
1、何為鈷
眾所周知新能源汽車最大的成本在于動力電池,，在占據(jù)市場主導(dǎo)地位的三元鋰電池中,，相對于電池組需求最多的鎳元素，鈷元素所對應(yīng)的運(yùn)用意義往往被人忽略,。鈷元素作為元素周期表中第4周期,、第Ⅷ族，鈷在常溫下不和水作用,，在潮濕的空氣中也很穩(wěn)定,。鈷金屬元素提煉一般來源于鈷銅礦以及在濕法冶煉過程中出現(xiàn)的鈷中間產(chǎn)品。提煉產(chǎn)品中,，金屬鈷以及草酸鈷和碳酸鈷提取成的鈷粉,，主要用于高溫合金、硬質(zhì)合金、磁性材料和催化劑,；氧化鈷用于玻璃和彩瓷這部分傳統(tǒng)需求領(lǐng)域,。氯化鈷和硫酸鈷提煉產(chǎn)品分為兩部分：一是四氧化三鈷，作為鈷酸鋰電池的原材料,，應(yīng)用于3C消費(fèi)電子領(lǐng)域,；二是制造三元前驅(qū)體，作為三元正極的原材料,，應(yīng)用于動力電池,。特別是在鋰離子電池中，無論是鎳鈷錳酸鋰（NCM）還是鎳鈷鋁酸鋰（NCA）,，鈷都是組成電池正極材料必不可少的一種金屬,，它在三元聚合物中起到一個(gè)維持基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，以及提高材料的循環(huán)和倍率性能,、降低電芯內(nèi)阻等重要作用,。
既然鈷的作用這么大，那么為何近幾年電池企業(yè)都在追求“無鈷化”,？答案其實(shí)很簡單粗暴,，因?yàn)殁挼娜騼α坑邢蓿瑑r(jià)格昂貴,。據(jù)統(tǒng)計(jì),，2019年全球鈷礦儲量在700萬噸左右，其中有一半以上在剛果（金）,，由于當(dāng)?shù)氐恼珠L期處于不穩(wěn)定狀態(tài),，導(dǎo)致鈷礦出口存在極大不確定性。另外,，全球范圍內(nèi)新能源汽車的高速發(fā)展,，再加上目前5G手機(jī)普及度的提升，對于鈷的需求量日益加大,，預(yù)計(jì)2026年以后,，鈷將供不應(yīng)求,。導(dǎo)致其價(jià)格進(jìn)一步水漲船高,，居高不下，眾多的企業(yè)稱之為“鈷奶奶”,，因此去鈷化成為眾多動力電池企業(yè)共同的選擇,。
▲鈷產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)圖
2、無鈷時(shí)代
目前,，輿論對于“無鈷電池”的概念意見并不統(tǒng)一,。有觀點(diǎn)認(rèn)為無鈷電池指的并非本身就不含鈷的電池，如磷酸鐵鋰電池等，而是鈷被取代后的三元鋰電池,；當(dāng)然也有觀點(diǎn)與之相反,，認(rèn)為既然叫“無鈷電池”，那只要是不含鈷的電池,，都可以這么來定義,。小編其實(shí)比較認(rèn)同第一種觀點(diǎn)，所謂的“無鈷”應(yīng)該是相較于有鈷背景下的一種優(yōu)化,。不過雖然解讀各有所指,，但其核心思想是一致的，在保證動力電池各方面性能的同時(shí),，降低生產(chǎn)成本,。降鈷、去鈷目前已成為實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池行業(yè)的發(fā)展方向,。
2.1 關(guān)于比亞迪
比亞迪一直深耕磷酸鐵鋰電池技術(shù)路線,，推出了基于自家GCTP技術(shù)和磷酸鐵鋰電芯研發(fā)出來的“刀片電池”，其體積能量密度相比傳統(tǒng)鐵電池提升了50%,，與主流三元鋰電池持平,，同時(shí)成本下降了30%，更重要的是,，“刀片電池”安全性也遠(yuǎn)高于三元鋰電池,，這一點(diǎn)從之前網(wǎng)絡(luò)熱議的“針刺試驗(yàn)”便可見一斑。國內(nèi)電池領(lǐng)域的另一巨頭,，寧德時(shí)代同樣選擇了采用CTP設(shè)計(jì)的磷酸鐵鋰電池,，并且收獲了特斯拉的大單，未來將應(yīng)用在國產(chǎn)特斯拉Model3上,。
▲比亞迪刀片電池
實(shí)際上,，比亞迪和寧德時(shí)代的電池技術(shù)方案本質(zhì)是一樣的，都選擇了基于磷酸鐵鋰電池發(fā)展“無鈷電池”的技術(shù)路徑,。通過優(yōu)化電池包的空間利用率,、減輕電池包重量和模組環(huán)節(jié)成本來實(shí)現(xiàn)降低整體成本的目的，同時(shí)還可以提高電池組的體積能量密度和電池包能量密度,。簡單來說,，就是跳過電池模組，直接將電芯安裝在PACK里,，盡可能簡化模組,。
但如果實(shí)現(xiàn)無鈷的途徑是“換道”磷酸鐵鋰電池，個(gè)人認(rèn)為是不成立的,。因?yàn)槿囯姵睾土姿徼F鋰電池是并行,，互相看不上眼的兩條路線,。
2.2 關(guān)于特斯拉
2019年5月，特斯拉宣布完成對Maxwell的收購,。Maxwell是全球著名的超級電容制造商,，在業(yè)界看來，特斯拉收購Maxwell并不想用超級電容代替鋰電池,，而是看中了生產(chǎn)超級電容的干法技術(shù),。
▲Maxwell超級電容
相比于傳統(tǒng)鋰電池生產(chǎn)方法，使用干電極技術(shù)有諸多好處,。超級電容不受鋰,、鈷、鎳等貴金屬資源限制,，主要原材料是活性炭,，這種物質(zhì)主要來源于椰殼等自然界生物質(zhì)通過活化制成。此外干法工藝可以顯著增加極片活性物質(zhì)的負(fù)載量,，從而有效提升儲能器件能量密度,。
馬斯克在財(cái)報(bào)電話會議上說“可以把鈷的使用量降到零”，或許是想通過干法技術(shù)擺脫鈷元素的束縛,。據(jù)特斯拉評估,，該工藝如果應(yīng)用于鋰離子電池，在現(xiàn)有體系條件下可將鋰離子電池能量密度提升10％～30％以上,。既不使用鈷元素,，又能提升電池性能，這是一件兩全其美的事情,。
特斯拉搭載寧德時(shí)代LFP也是無奈之舉,，終究只是過渡方案。特斯拉很有可能與寧德時(shí)代簽署某項(xiàng)合作,，技術(shù)共享共同研發(fā)無鈷電池,，這項(xiàng)合作，也能幫助馬斯克,，用一個(gè)理想的價(jià)格從寧德時(shí)代采購LFP,。
2.3 關(guān)于蜂巢能源
蜂巢能源推出的兩款無鈷電池更符合大多數(shù)人對于“無鈷電池”的定義，去除三元鋰電池中的鈷,，提高其中Mn的含量,，其實(shí)就是鎳錳酸鋰電池。就電池本身而言,，這不是一項(xiàng)新技術(shù),。畢竟,，早在20年前,，業(yè)界對這一技術(shù)已有研究，也有車用。只是,，蜂巢能源對這一技術(shù)進(jìn)行了深度優(yōu)化,。
鎳錳酸鋰電池屬于錳酸鋰系列，事實(shí)上,，除了三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池之外,，動力電池還有“第三條路線”可選，即錳酸鋰系列,�,；瘜W(xué)式為LiNi0.5Mn1.5O4，是由Ni取代錳酸鋰（化學(xué)式LiMn2O4）中的部分Mn形成的,，與錳酸鋰有著同樣的晶體結(jié)構(gòu),。我們能夠見到的紐扣電池用的也是這種正極材料。
蜂巢能源選擇錳酸鋰路線,，并沒有問題,，因?yàn)檫@本就是一種路線選擇，而且這個(gè)路線比三元電池出現(xiàn)的還要早,。但是,，“無鈷電池”的稱謂被部分媒體濫用了，其實(shí)在無形中“貶低”了三元鋰電池,。
▲蜂巢能源無鈷電池
此前Jeff Dahn團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)表明三元材料中鈷元素并非不可替代,，通過適當(dāng)?shù)膿诫s處理能夠很好的穩(wěn)定三元材料的晶體結(jié)構(gòu)，提升三元材料的循環(huán)穩(wěn)定性,。
無鈷之后,，蜂巢能源的電池依靠什么技術(shù)穩(wěn)定電池材料的結(jié)構(gòu)？蜂巢能源的相關(guān)人士表示,，主要通過陽離子摻雜和單晶技術(shù),。摻雜技術(shù)是采用與氧化學(xué)鍵鍵能高的陽離子摻雜到晶體結(jié)構(gòu)中，這樣有利于高電壓下脫鋰后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,。單晶技術(shù)比傳統(tǒng)的球形多晶顆粒具有更高的顆粒強(qiáng)度,，有利于改善安全性和循環(huán)性能。使用納米網(wǎng)絡(luò)包覆,，這樣材料更均勻包覆,，減少與電解液的副反應(yīng)，提升循環(huán)壽命,。
該相關(guān)人士進(jìn)一步表示,，之前無鈷電池已做過各種測試，結(jié)果表明無鈷電池的安全性優(yōu)于三元電池,，接近磷酸鐵鋰電池,。例如,，無鈷電池可以輕松通過150℃熱箱試驗(yàn)，而三元電池一般標(biāo)準(zhǔn)下只能達(dá)到130℃左右,。
2021年7月16日,，蜂巢能源在江蘇舉行了首款無鈷電池量產(chǎn)下線儀式。這意味著全球首款無鈷電池走出實(shí)驗(yàn)室,，正式實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),，蜂巢能源由此成為全球首家突破無鈷電池技術(shù)難關(guān)，成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品量產(chǎn)的動力電池企業(yè),。
▲長城歐拉櫻桃貓
據(jù)了解,，本次量產(chǎn)下線的無鈷電池是一款能量密度為240wh/kg，容量為 115Ah-MEB產(chǎn)品,，將搭載在長城歐拉櫻桃貓車型上,，NEDC工況下續(xù)航里程最高有望超550公里。
根據(jù)規(guī)劃,，該款無鈷電池將于年底前在其馬鞍山基地大批量下線,。
3、寫在最后
不可否認(rèn)的是,，電池“無鈷化”已經(jīng)成為動力電池行業(yè)的大勢所趨,，其本質(zhì)就是為了降低成本。不管是磷酸鐵鋰電池,，還是鎳錳酸鋰,，亦或其他一些新型技術(shù)路線，關(guān)鍵在于能否尋找到替代鈷在動力電池中支撐作用的方案,。但動力電池“無鈷”是否就意味著可以進(jìn)一步降低成本,，對于電池循環(huán)次數(shù)影響有多大，以及電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等問題尚需評估,。有業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為,，無鈷電池大規(guī)模量產(chǎn)短期內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)，仍需技術(shù)上有所突破,，畢竟前沿技術(shù)研發(fā)和最終實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)不可一概而論,，比較理想的發(fā)展軌跡就是部分車型率先應(yīng)用低鈷或無鈷電池。
資料來源：
搜狐,、樂晴智庫,、車質(zhì)網(wǎng)、中國汽車畫報(bào),、知乎,、連線新能源、威騰網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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