钜大LARGE | 点击量：562次 | 2022年02月14日
续航终破800公里，传了20年的“无钴电池”即将密集问世？
二十年前，一篇有关“结构稳定的层状材料镍锰酸锂”的文章诞生于日本。那篇文章的作者不会想到，二十年后，一家来自我国的公司即将把这个技术从实验室搬出来。
“网络上出现了‘无钴就是磷酸铁锂’的解读，我们要来正名，蜂巢能源的无钴是在镍钴锰三元材料中去掉了钴元素。”蜂巢能源总裁杨红新的这句开场白，似曾相识。
今年二月十八日，特斯拉将研发无钴电池的消息不胫而走，一时间资本市场被激起层层浪花，钴元素相关股票纷纷大跌，“对面儿”的磷酸铁锂离子电池概念股却应声大涨。然而没过两天，特斯拉在一次回复用户时表示，“请留意四月（或推迟至六月）的电池公布会，无钴，不代表一定是磷酸铁锂。”
三个月后，蜂巢能源率先出牌了。
蜂巢能源公布了两款无钴电池，第一款无钴电池基于590模组的电芯设计，容量为115安时，电芯能量密度达到245瓦时/公斤。它是在通用化电芯尺寸设计基础上完成的，能够搭载到目前大部分新的纯电平台上，在整车端能够实现15年120万公里的质保，预计在2021年六月份推向市场。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
第二款是L6薄片无钴长电芯，容量226安时，官方表示其正在与汽车公司合作开发，在矩阵式PACK设计支持下，是全球第一款可以实现880公里的续航里程的车型，预计可以在2021年下半年实现量产。
“无钴电池”已成大势所趋？
钴是一种稀缺金属，原子序数27，是锂离子电池正极材料中的重要组成部分。它能够供应稳定的电池性能结构，这有关锂离子电池安全性而言至关重要。
有关“无钴”这个概念，杨红新坦言：“无钴材料并非蜂巢能源的独创，人们在无钴材料的开发道路上已经持续走了20年，自从钴酸锂成为首个商业化的正极材料以来，由于钴的昂贵性和稀缺性，人们一直在寻找可替代钴的其它材料，我们预计，2026年后钴将供不应求。”
他说得没错，从钴酸锂中钴的59%占比值，逐渐发展到NCM523（12%）、NCM811（7%），直到无钴电池的0%。自去年七月蜂巢能源全球先发了无钴材料电池后，业内有关它的讨论不仅停留在技术层面，在很多业内人士看来，动力锂离子电池“无钴化”的风口已至。
早在2018年，马斯克就公布推特称，特斯拉的钴使用量将从目前的3％降至0％。最近，特斯拉长期合作伙伴JeffDahn教授团队表示，通过他们的实验，钴的必要性似乎并不高，降钴是特斯拉电池研发的重要目标之一。
今年二月《TheDriven》曾报道称，特斯拉和宁德时代正在开发无钴电池。“公司有自己的‘无钴’电池技术储备，目前研发进展顺利，正在想办法搞好供应链，因为是一个全新的、颠覆性的产品。”在不久前的业绩说明会上，宁德时代表示。
此前据多家外媒报道，宁德时代一直在研究无钴和低钴电池技术，宁德时代的无钴磷酸铁锂离子电池组成本已跌破80美元/千瓦时，电芯跌破了60美元/千瓦时，而低钴三元电池组达到了惊人的100美元/千瓦时。
钴元素被“排挤”的原因重要有二：稀缺、开采。
钴在地壳中的含量比较低，丰度仅为0.0025%，全球陆地钴的储量约为710万吨，区域分布却十分集中，刚果(金)在全球钴储量的占比为52%。在全球目前的钴元素消耗中，约50%左右用在锂离子电池上。“每一部手机大约会用到10克左右的钴，特斯拉纯电动汽车大约每辆会用到13公斤的钴。”杨红新举了两个很直观的例子。
“稀缺”带来的除了难以支撑新能源产业发展的焦虑，还逼出了日益走高的价格，且波动巨大。我国汽车动力锂离子电池产业创新联盟副秘书长王子冬表示：“电动汽车的发展在延续锂离子电池技术路线的时候，发现了很多问题，比如热失控、内短等。电动汽车用的电池和3C消费电子类用的电池体量完全不相同，前者的个别电池出现问题时会出现连锁反应。并且，资源方面也出现了问题，钴的价格从8万/吨涨到了最高60万/吨，大家都在做努力降低钴的占比。”
还有一点值得重点关注，即手挖矿和童工。从开采、出口，再到权益斗争，依靠钴不仅无法改变国家贫穷的面貌，反而秩序愈发混乱不堪。一份来自国际赦免“有关钴贸易中人权行为”的报告中曾指出：儿童开采的钴，最终成为了苹果，微软，特斯拉和三星等知名科技公司的产品。
去年十二月，苹果、Alphabet、微软、戴尔以及特斯拉五家公司，在美国被国际人权组织提起联邦。14名原告包括了开采钴矿时因隧道、墙壁坍塌等事故致残或致死儿童的监护人。并且，很多童工每天都会吸入大量有毒的灰尘，导致的严重后果不忍直视。
蜂巢能源，怎么做无钴电池？
坦白讲，三元材料和磷酸铁锂也确实“不争气”。
就现阶段而言，动力锂离子电池依旧处于“鱼和熊掌”的时期，以镍钴锰、镍钴铝为重要材料的三元技术路线，虽然能力密度比较高，可以显著提升电动汽车的续航里程，但却不得不在安全和使用寿命上做出一定的让步；磷酸铁锂离子电池发热量比较少，安全性好，但续航里程不尽如人意。在杨红新看来，通过结构设计创新来新增电池容量，无法规避增重问题，会带来电耗的新增。
蜂巢能源的薄片式无钴电池，概括来说，即通过单晶无钴材料技术、叠片电芯设计技术、矩阵PACK设计技术和车规级Ai制造等方式，可实现续航里程超过800公里，以及15年120万公里的长使用寿命。
文章开篇曾提到的镍锰酸锂，正是蜂巢能源无钴电池的正极材料，这个材料之所以历经二十年都没有从实验室走出来，很大程度上是因为存在难以逾越的难点。“比如+2价镍离子占据锂离子的位置，阻碍锂的拖嵌，使得锂镍混排大。另外，循环性能不理想，要在高电压下才能够充放电。”杨红新介绍说。
蜂巢能源的做法是，首先通过阳离子掺杂技术提高材料的上限电压，实现能量密度比磷酸铁锂高40%。同时，采用了两种化学键能更强大的元素替代钴，掺杂到材料中，通过强化学键稳定氧八面体结构，减少了锂镍混排，改善了材料稳定性，且可以在4.3-4.35伏电压下稳定工作。
其次，单晶技术可以改善安全性和寿命，单晶与多晶相比具有更强的颗粒强度和更加稳定的结构，耐压力强度提高10倍，电芯寿命可以比多晶高镍三元高出70%。
同时，蜂巢能源无钴电池采用了纳米网络化包覆技术。三角网络是韧性最高的结构，合成过程中在单晶表明包覆了一层纳米氧化物，可以减少正极材料和电解液的副反应，有效改善了高电压下的材料循环性能，
再加上蜂巢能源引以为傲的“叠片设计"，其有效提升了电芯内部的体积空间利用率，层状结构可以使极片的平整度更好、应力更均匀、膨胀变形更小，该设计可以使无钴电芯的能量密度再提高5%，循环寿命再提升10%。
最后一个是矩阵式PACK，其将电池包划分为两个矩阵网络，将长的薄片无钴电池规则排列在网格内。在电池包内部组成大型矩阵模块，矩阵和矩阵之间相互关联又相互独立，正常工况时能够保证整个矩阵模块的刚度，而在非常规极端工况下，比如侧碰时，可以通过多个电芯分散撞击力，保证电池包和整车安全，成组效率达到80%（传统电池包和CTP技术为72%-75%左右）。据杨红新透露，目前第二款无钴电池正在和长城高端车型进行适配。
有关无钴电池，王子冬认为高性能并非第一课题，“无钴电池对行业贡献比较大，它的出现，我更希望在安全性、长寿命、可靠性等方面做文章。并且，在无钴的情况下，希望能把电压平台、能量密度、克容量拉高，来稀释镍材料成本的影响，这一点非常关键。”据官方介绍，蜂巢能源的无钴电池已经通过了国标和欧标的全部安全性测试，在安全性能上要优于三元电池，以热稳定方面为例，其通过了150摄氏度的热箱实验。
有关适配问题，真锂研究首席分析师墨柯也向懂车帝表达了自己的观点，他认为，无钴电池短时间内大规模应用的可能性不大，但若开始应用，车型适配方面不会有太大问题，“蜂巢能源所说的适配可能更多指的是其车规级概念，也就是方形叠片电池，这种电池可以做到扁平狭长，利于散热，利于PACK设计。”
写在最后：
特斯拉自研电池、特斯拉与宁德时代合作研发电池、宁德时代CTP技术、比亚迪刀片电池、蜂巢能源无钴电池......相信很多人都没想到，今年上半年动力锂离子电池技术的“竞赛”竟会如此精彩。无钴电池从各方面看已堪称完美，但在车型适配、实际应用表现等方面还需时间来验证。谈及开放，据杨红新透露，目前蜂巢能源已和两家国际品牌在深入沟通适配的可能性，对方非常感兴趣。
