“電池技術(shù)革新確實是一個相對緩慢的事情?！?

  “無鈷”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，我們認真思考一下，對于“無鈷”這個概念，就會心生疑竇。

  什么叫“無鈷”?磷酸鐵鋰也很“無鈷”的好吧!如果不界定清楚范圍，這個說法很容易把人帶偏。而特斯拉憑借強大的“帶貨能力”，將“無鈷”概念的火星點燃，“燎”起了一輪強關(guān)注，但是特斯拉打了個擦邊球就閃了。我們沒等著特斯拉，卻等來了蜂巢。

  蜂巢能源科技公司5月18日搶先亮相了兩款無鈷電池。說起來很牛，這兩款電池使用了NMX無鈷材料，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。

  第一款產(chǎn)品是是基于590模組的電芯設(shè)計，容量為115Ah，電芯的能量密度達到245wh/kg。由于是在通用化電芯尺寸設(shè)計基礎(chǔ)上完成，所以能夠搭載到目前大部分新的純電平臺上，并宣稱能夠?qū)崿F(xiàn)15年120萬公里質(zhì)保。而第二款是正在與長城合作開發(fā)的一款產(chǎn)品，是L6薄片無鈷長電芯，容量226Ah，通過矩陣式PACK設(shè)計，可以實現(xiàn)880公里的續(xù)航里程。

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

  “無鈷”如何做到

  這次發(fā)布雖說無異于“亮劍”，但是細節(jié)方面還是要推敲一下。此外，我們不能忘記，寧德時代也有自己的“無鈷”技術(shù)儲備，這是寧德時代5月11日發(fā)布2019年業(yè)績時候透露的，但寧德時代還是比較謙虛，沒有講更多信息。

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

  實際上，鈷的作用就是為了抑制鋰電池的“鎳鋰混排”現(xiàn)象。因為，如果發(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，會導(dǎo)致電池壽命和容量大幅縮短，甚至發(fā)生其它危險。

  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，因為鈷太貴了，就算因為特斯拉的緣故大跌，電解鈷現(xiàn)在也要25萬元/噸，而且儲量少又架不住不斷增長的需求，所以特斯拉這種能狠心燒錢的主，才想著把鈷給去了。

  那么，蜂巢是通過什么手段來達到“無鈷”的呢?

  第一個，是陽離子摻雜技術(shù)。也就是通過提高材料的上限電壓，將能量密度提高40%(相比磷酸鐵鋰)。蜂巢說自己采用了“兩種化學(xué)鍵能更大的元素”來替代鈷，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。

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

  其實，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等正極材料來替代鈷，不過大多數(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。

  第三個算是黑科技——納米網(wǎng)絡(luò)化包覆。通過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，由于蜂巢對這三項技術(shù)沒有提供更多的細節(jié)，我們只有等明年量產(chǎn)以后才能驗證。

  還有一個非?，F(xiàn)實的匹配問題要解決，就像真鋰研究總裁墨柯說的，“鎳錳酸鋰材料最大的問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為電壓不夠5伏會被分解，電池也會隨之失效?！狈涑策x擇鎳錳進行“無鈷”突破，匹配的難度應(yīng)該不會不考慮吧?

  此外，我們從蜂巢的“技術(shù)創(chuàng)新曲線”上可以看出，到2022年“無鈷”電池的能量密度才能超過三元鋰電池，所以，我們不用期望太高。而且，2022年，真正的競爭對手會來。

  “無鈷”還是“四元”?

  要說“無鈷”是顛覆性技術(shù)，恐怕談不上。為什么這么說?因為，“無鈷”從技術(shù)上來說難度很大。早就有國內(nèi)外專家說過，“鈷元素在三元材料中短期內(nèi)無法完全消除替代。”而且，前瞻技術(shù)研發(fā)和量產(chǎn)落地是兩回事，畢竟NCM811電池都才剛開始應(yīng)用。

  根據(jù)研究機構(gòu)EVTank最新的數(shù)據(jù)，今年1~4月國內(nèi)三元鋰電池裝機量占比升至72.87%，而磷酸鐵鋰電池(LFP)進一步跌至22.93%，錳酸鋰電池(LMO)以及其他電池加起來占的比例不足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)座談會上，行業(yè)人士也就特斯拉的“無鈷”說法進行了探討，并認為：

  首先，特斯拉所講的“無鈷電池”大概率指的是磷酸鐵鋰(LFP)，包括國外媒體也已經(jīng)確認過這件事。而且，就算特斯拉真的用“無鈷”正極材料鋰電池，年減少的鈷用量不過幾百噸。而2020年全球鈷消費量預(yù)計增長11%至14.8萬噸，2020~2025年期間預(yù)計保持7%左右的年均增速，因此特斯拉的技術(shù)路線變化，其實對鈷消費的整體影響相對有限。

  其次，現(xiàn)階段國內(nèi)沒有一家企業(yè)可以實現(xiàn)真正意義的無鈷正極材料的批量化生產(chǎn)和銷售。而行業(yè)人士也認為，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題。換芯后，低配版Model 3預(yù)計電池成本將下降20%~30%，初期整車成本預(yù)計下降2萬元以上。這也意味著其售價會降到25萬元左右。

  此外，我們不僅要看蜂巢這樣的國內(nèi)電池企業(yè)在做什么，也要看看它們的國際對手們在做什么。事實上，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，今年3月公布了自主研發(fā)的Ultium動力電池包。

  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)航里程可達到400英里(約650公里)或更高。而且，為順利實現(xiàn)推進產(chǎn)能建設(shè)，通用汽車與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，來進行聯(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”的內(nèi)容，蜂巢自己也在開發(fā)NCMA四元鋰電池的項目，但是還處于概念性階段，2018年9月蜂巢公司立項，當時預(yù)計2019年年底完成材料的前期開發(fā)，2020年12月計劃完成材料的確定，并預(yù)計在2022年11月達到四元電芯商品化量產(chǎn)。從時間上來說，會比“無鈷”還要慢一些。

  但不管怎么說，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，將會下降至100美元/kWh(約合694元/kWh)，也就是真正能對抗燃油車成本的終極目標價格。這對于蜂巢發(fā)布的“無鈷”鎳錳酸鋰電池來說，可能是最重要的對手。

  中國科學(xué)院物理研究所李泓博士說過，“電池是一個很復(fù)雜的體系，一個新材料的商業(yè)化，必須要所有配套材料同步革新，這本身就是一個相對復(fù)雜、長周期的開發(fā);而產(chǎn)品開發(fā)完成后，還有小試、中試、量產(chǎn)，期間不斷修正也是一個漫長過程，因此，電池技術(shù)革新確實是一個相對緩慢的事情?！?

  同樣我們來看蜂巢，雖然已經(jīng)完成了“無鈷”電池的技術(shù)攻關(guān)，目前還只是一個“概念產(chǎn)品”，從過程來說，“無鈷”電池去年年底完成材料開發(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)布會以后，要到8月體系定型，再經(jīng)過各種可靠性及性能等驗證之后，2021年11月實現(xiàn)無鈷電芯量產(chǎn)，速度已經(jīng)算是相當快的了。

  因此，“無鈷”電池的落地需要1~2年時間是毋庸置疑的，過于高調(diào)的宣傳會適得其反，我們在此之前還是應(yīng)該踏踏實實地做好基礎(chǔ)工作。再說，無論是“四元”電池還是“無鈷”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，最終它的目標還是要走到固態(tài)電池上去的。