“電池技術(shù)革新確實(shí)是一個(gè)相對(duì)緩慢的事情?！?

  “無(wú)鈷”電池掀起的洶涌浪潮所創(chuàng)造的宣傳效果，仿佛“新生活”就在眼前。但是，我們認(rèn)真思考一下，對(duì)于“無(wú)鈷”這個(gè)概念，就會(huì)心生疑竇。

  什么叫“無(wú)鈷”?磷酸鐵鋰也很“無(wú)鈷”的好吧!如果不界定清楚范圍，這個(gè)說(shuō)法很容易把人帶偏。而特斯拉憑借強(qiáng)大的“帶貨能力”，將“無(wú)鈷”概念的火星點(diǎn)燃，“燎”起了一輪強(qiáng)關(guān)注，但是特斯拉打了個(gè)擦邊球就閃了。我們沒(méi)等著特斯拉，卻等來(lái)了蜂巢。

  蜂巢能源科技公司5月18日搶先亮相了兩款無(wú)鈷電池。說(shuō)起來(lái)很牛，這兩款電池使用了NMX無(wú)鈷材料，提供了高循環(huán)壽命、高安全性和高能量密度的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

  第一款產(chǎn)品是是基于590模組的電芯設(shè)計(jì)，容量為115Ah，電芯的能量密度達(dá)到245wh/kg。由于是在通用化電芯尺寸設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上完成，所以能夠搭載到目前大部分新的純電平臺(tái)上，并宣稱(chēng)能夠?qū)崿F(xiàn)15年120萬(wàn)公里質(zhì)保。而第二款是正在與長(zhǎng)城合作開(kāi)發(fā)的一款產(chǎn)品，是L6薄片無(wú)鈷長(zhǎng)電芯，容量226Ah，通過(guò)矩陣式PACK設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)880公里的續(xù)航里程。

  按照蜂巢能源董事長(zhǎng)楊紅新介紹，兩款“無(wú)鈷”電池最早2021年6月能夠量產(chǎn)。無(wú)疑，如果這種技術(shù)正式落地的話，能真正跨越里程焦慮。不過(guò)，既然還有一年以上時(shí)間才能量產(chǎn)，我們不妨來(lái)觀察一下，這個(gè)“無(wú)鈷”的含金量到底有多高?

  “無(wú)鈷”如何做到

  這次發(fā)布雖說(shuō)無(wú)異于“亮劍”，但是細(xì)節(jié)方面還是要推敲一下。此外，我們不能忘記，寧德時(shí)代也有自己的“無(wú)鈷”技術(shù)儲(chǔ)備，這是寧德時(shí)代5月11日發(fā)布2019年業(yè)績(jī)時(shí)候透露的，但寧德時(shí)代還是比較謙虛，沒(méi)有講更多信息。

  回頭來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在車(chē)企主要用的三元鋰電池為什么要用到鈷?做到“無(wú)鈷”難度在哪里?(提前交待一下，有些基礎(chǔ)的知識(shí)，比如鈷的儲(chǔ)量情況、NCM還是NCA、523/622/811啥的，請(qǐng)先自行百度一下哈，我們直接說(shuō)重點(diǎn)。)

  實(shí)際上，鈷的作用就是為了抑制鋰電池的“鎳鋰混排”現(xiàn)象。因?yàn)椋绻l(fā)生“鎳鋰混排”現(xiàn)象，那么三元鋰電池里面的微觀結(jié)構(gòu)可能就徹底發(fā)生混亂，會(huì)導(dǎo)致電池壽命和容量大幅縮短，甚至發(fā)生其它危險(xiǎn)。

  除此之外，鈷還可以降低材料的阻抗值，提高材料電子電導(dǎo)率，改善倍率性能、降低電芯內(nèi)阻等等，原則上是不可替代的。而且，因?yàn)殁捥F了，就算因?yàn)樘厮估木壒蚀蟮?，電解鈷現(xiàn)在也要25萬(wàn)元/噸，而且儲(chǔ)量少又架不住不斷增長(zhǎng)的需求，所以特斯拉這種能狠心燒錢(qián)的主，才想著把鈷給去了。

  那么，蜂巢是通過(guò)什么手段來(lái)達(dá)到“無(wú)鈷”的呢?

  第一個(gè)，是陽(yáng)離子摻雜技術(shù)。也就是通過(guò)提高材料的上限電壓，將能量密度提高40%(相比磷酸鐵鋰)。蜂巢說(shuō)自己采用了“兩種化學(xué)鍵能更大的元素”來(lái)替代鈷，可以在4.3~4.35V高電壓下穩(wěn)定工作，能量密度提高而且成本降低。

  第二個(gè)是單晶技術(shù)。單晶的顆粒強(qiáng)度更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，耐壓力強(qiáng)度可以提高10倍。這么說(shuō)吧，單晶電芯壽命可以比多晶高鎳三元高出70%。這次綜合來(lái)看，就像蜂巢能源市場(chǎng)總監(jiān)郝雷明確認(rèn)的，是用了尖晶鎳錳酸鋰(LiNi0.5Mn1.5O4)做正極材料。

  其實(shí)，之前就有很多人嘗試用包括尖晶鎳錳酸鋰LiNi0.5Mn1.5O4在內(nèi)的尖晶石錳酸鋰LiMn2O4、富鋰錳基Li2MnO3、鎳酸鋰LiNiO2等正極材料來(lái)替代鈷，不過(guò)大多數(shù)正極材料在高溫性能、能量密度和循環(huán)壽命上不如三元鋰電池。

  第三個(gè)算是黑科技——納米網(wǎng)絡(luò)化包覆。通過(guò)在單晶表面包覆一層納米氧化物，可以減少正極材料與電解液的副反應(yīng)，有效改善高電壓下的材料循環(huán)性能。

  但是，由于蜂巢對(duì)這三項(xiàng)技術(shù)沒(méi)有提供更多的細(xì)節(jié)，我們只有等明年量產(chǎn)以后才能驗(yàn)證。

  還有一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的匹配問(wèn)題要解決，就像真鋰研究總裁墨柯說(shuō)的，“鎳錳酸鋰材料最大的問(wèn)題是目前還找不到與之匹配的電解液體系?，F(xiàn)有的六氟磷酸鋰電解液體系因?yàn)殡妷翰粔?伏會(huì)被分解，電池也會(huì)隨之失效。”蜂巢選擇鎳錳進(jìn)行“無(wú)鈷”突破，匹配的難度應(yīng)該不會(huì)不考慮吧?

  此外，我們從蜂巢的“技術(shù)創(chuàng)新曲線”上可以看出，到2022年“無(wú)鈷”電池的能量密度才能超過(guò)三元鋰電池，所以，我們不用期望太高。而且，2022年，真正的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手會(huì)來(lái)。

  “無(wú)鈷”還是“四元”?

  要說(shuō)“無(wú)鈷”是顛覆性技術(shù)，恐怕談不上。為什么這么說(shuō)?因?yàn)?，“無(wú)鈷”從技術(shù)上來(lái)說(shuō)難度很大。早就有國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家說(shuō)過(guò)，“鈷元素在三元材料中短期內(nèi)無(wú)法完全消除替代?！倍?，前瞻技術(shù)研發(fā)和量產(chǎn)落地是兩回事，畢竟NCM811電池都才剛開(kāi)始應(yīng)用。

  根據(jù)研究機(jī)構(gòu)EVTank最新的數(shù)據(jù)，今年1~4月國(guó)內(nèi)三元鋰電池裝機(jī)量占比升至72.87%，而磷酸鐵鋰電池(LFP)進(jìn)一步跌至22.93%，錳酸鋰電池(LMO)以及其他電池加起來(lái)占的比例不足5%。所以，三元鋰電池目前的地位還是非常穩(wěn)固的。

  此外，2月份的一次業(yè)內(nèi)座談會(huì)上，行業(yè)人士也就特斯拉的“無(wú)鈷”說(shuō)法進(jìn)行了探討，并認(rèn)為：

  首先，特斯拉所講的“無(wú)鈷電池”大概率指的是磷酸鐵鋰(LFP)，包括國(guó)外媒體也已經(jīng)確認(rèn)過(guò)這件事。而且，就算特斯拉真的用“無(wú)鈷”正極材料鋰電池，年減少的鈷用量不過(guò)幾百?lài)?。?020年全球鈷消費(fèi)量預(yù)計(jì)增長(zhǎng)11%至14.8萬(wàn)噸，2020~2025年期間預(yù)計(jì)保持7%左右的年均增速，因此特斯拉的技術(shù)路線變化，其實(shí)對(duì)鈷消費(fèi)的整體影響相對(duì)有限。

  其次，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)沒(méi)有一家企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)真正意義的無(wú)鈷正極材料的批量化生產(chǎn)和銷(xiāo)售。而行業(yè)人士也認(rèn)為，特斯拉選用磷酸鐵鋰主要是基于成本考慮，并不意味著三元電池的性能存在問(wèn)題。換芯后，低配版Model 3預(yù)計(jì)電池成本將下降20%~30%，初期整車(chē)成本預(yù)計(jì)下降2萬(wàn)元以上。這也意味著其售價(jià)會(huì)降到25萬(wàn)元左右。

  此外，我們不僅要看蜂巢這樣的國(guó)內(nèi)電池企業(yè)在做什么，也要看看它們的國(guó)際對(duì)手們?cè)谧鍪裁?。事?shí)上，更多企業(yè)正在布局鎳鈷錳鋁(NCMA)“四元”鋰電池。而領(lǐng)軍的通用汽車(chē)，今年3月公布了自主研發(fā)的Ultium動(dòng)力電池包。

  Ultium應(yīng)該算是第一種將量產(chǎn)的NCMA四元鋰電池，通過(guò)加入鋁，可以將電池中的鈷含量降低約70%，這種電池包容量比傳統(tǒng)圓柱形電池包多20倍，續(xù)航里程可達(dá)到400英里(約650公里)或更高。而且，為順利實(shí)現(xiàn)推進(jìn)產(chǎn)能建設(shè)，通用汽車(chē)與LG化學(xué)合資23億美元(約合人民幣162億元)成立合資公司Ultium Cells LLC，來(lái)進(jìn)行聯(lián)合研發(fā)和生產(chǎn)。

  而根據(jù)去年7月份的“蜂巢能源品牌戰(zhàn)略規(guī)劃及產(chǎn)品發(fā)布會(huì)”的內(nèi)容，蜂巢自己也在開(kāi)發(fā)NCMA四元鋰電池的項(xiàng)目，但是還處于概念性階段，2018年9月蜂巢公司立項(xiàng)，當(dāng)時(shí)預(yù)計(jì)2019年年底完成材料的前期開(kāi)發(fā)，2020年12月計(jì)劃完成材料的確定，并預(yù)計(jì)在2022年11月達(dá)到四元電芯商品化量產(chǎn)。從時(shí)間上來(lái)說(shuō)，會(huì)比“無(wú)鈷”還要慢一些。

  但不管怎么說(shuō)，四元鋰電池一旦成功量產(chǎn)，沖擊性還是很高的。電池組的成本也能降低很多，將會(huì)下降至100美元/kWh(約合694元/kWh)，也就是真正能對(duì)抗燃油車(chē)成本的終極目標(biāo)價(jià)格。這對(duì)于蜂巢發(fā)布的“無(wú)鈷”鎳錳酸鋰電池來(lái)說(shuō)，可能是最重要的對(duì)手。

  中國(guó)科學(xué)院物理研究所李泓博士說(shuō)過(guò)，“電池是一個(gè)很復(fù)雜的體系，一個(gè)新材料的商業(yè)化，必須要所有配套材料同步革新，這本身就是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜、長(zhǎng)周期的開(kāi)發(fā);而產(chǎn)品開(kāi)發(fā)完成后，還有小試、中試、量產(chǎn)，期間不斷修正也是一個(gè)漫長(zhǎng)過(guò)程，因此，電池技術(shù)革新確實(shí)是一個(gè)相對(duì)緩慢的事情。”

  同樣我們來(lái)看蜂巢，雖然已經(jīng)完成了“無(wú)鈷”電池的技術(shù)攻關(guān)，目前還只是一個(gè)“概念產(chǎn)品”，從過(guò)程來(lái)說(shuō)，“無(wú)鈷”電池去年年底完成材料開(kāi)發(fā)工作，今年3月完成材料體系優(yōu)化和4月的材料中試，發(fā)布會(huì)以后，要到8月體系定型，再經(jīng)過(guò)各種可靠性及性能等驗(yàn)證之后，2021年11月實(shí)現(xiàn)無(wú)鈷電芯量產(chǎn)，速度已經(jīng)算是相當(dāng)快的了。

  因此，“無(wú)鈷”電池的落地需要1~2年時(shí)間是毋庸置疑的，過(guò)于高調(diào)的宣傳會(huì)適得其反，我們?cè)诖酥斑€是應(yīng)該踏踏實(shí)實(shí)地做好基礎(chǔ)工作。再說(shuō)，無(wú)論是“四元”電池還是“無(wú)鈷”電池，都不是最終的解決方案。我們可以看看蜂巢的技術(shù)發(fā)展曲線圖，最終它的目標(biāo)還是要走到固態(tài)電池上去的。