2020年，不曾想“無鈷電池”會作為電池技術路線創(chuàng)新的一支突然爆發(fā)。自今年二月電動汽車“流量之王”——特斯拉向外界透露將自主研發(fā)無鈷電池后，一池春水就此被攪動。五月，寧德時代透露其公司有無鈷電池相關技術儲備，目前研發(fā)進展順利，正在想辦法完善供應鏈。就在特斯拉、寧德時代還只是釋放“無鈷”概念的時候，成立僅兩年的電池新勢力——蜂巢能源在五月十八日舉辦無鈷電池產品公布會，正式公布了兩款無鈷電池新品，引發(fā)國內外行業(yè)的高度關注。

公布會上，蜂巢能源總裁楊紅新透露，蜂巢能源無鈷電池有望在2021年六月上市裝車。

直接一桿子將貌似遙遠的產品上市杵到明年六月，同時蜂巢能源亮相的兩款無鈷電池與目前的三元NCM622、NCM811電池性能相當，難免有人議論蜂巢能源是不是在“玩概念、搶風頭”？另外，自公布會以來小編還搜羅了不少業(yè)界人士關于“無鈷電池”的討論。近日，帶著業(yè)界的一些疑問，電池我國網(wǎng)聯(lián)系到蜂巢能源無鈷電池的技術研發(fā)團隊，對其進行了一次系統(tǒng)訪談，試圖揭開蜂巢能源“無鈷電池”的神秘面紗。

1為何要研發(fā)“無鈷電池”？

鈷是三元鋰離子電池正極材料的重要元素之一，重要起到穩(wěn)定結構、提高材料循環(huán)和導電性能的用途。值得注意的是，鈷也是三元電池正極材料中最昂貴的“一元”。因其儲量稀少，主產地目前政局不夠穩(wěn)定，價格容易被操控，且一直處于高位。因而，為降低電池成本，“低鈷”甚至“去鈷”一直是產業(yè)界努力的方向。

技術方向上，為破解電動汽車“續(xù)航焦慮”，提升動力鋰電池能量密度，三元電池也一直在朝著“高鎳低鈷”甚至無鈷的方向發(fā)展。據(jù)蜂巢能源無鈷電池研發(fā)負責人介紹，“在電池正極材料中，鈷含量的比例從最早的鈷酸鋰中的59%，已降到目前廣泛應用的三元NCM523中的12%；而最新的三元正極材料NCM811，其鈷含量已控制在7%以內”。特斯拉曾宣稱，目前三元鋰離子電池鈷含量可降至3%。

2蜂巢能源無鈷電池技術到底是什么樣的？

蜂巢能源最早曾于2019年七月對外公布了其無鈷電池技術。一年后正式對外公布了“無鈷電池”A樣產品。據(jù)楊紅新介紹，其無鈷電池就是從三元NCM（鎳鈷錳）中真正拿掉鈷的二元鎳錳酸鋰（NMx）電池。

鎳錳酸鋰（NMx）正極材料的理論提出由來已久，早在2000年，日本學者就發(fā)表了結構穩(wěn)定的層狀材料鎳錳酸鋰的文章，此后的近二十年，在“去鈷”的道路上，業(yè)界無數(shù)同仁前赴后繼，但一直難有突破，“業(yè)界大多是朝著‘高鎳去鈷’的方向去努力，”蜂巢能源無鈷材料研發(fā)負責人表示，“隨著鎳含量的提高，材料的熱穩(wěn)定性下降，并導致安全風險加大。同時，高鎳條件下產氣釋氧，與電解液反應，電池循環(huán)性能受到較大影響”。

“其實我們也在高鎳方向上走了兩年的彎路，實際上目前低鈷的NCM811技術仍然不能說成熟，”蜂巢能源無鈷材料研發(fā)負責人表示，“后來我們就轉變了方向，把鎳含量降低，在鎳7系和8系中間做無鈷材料，也就是用中高鎳體系來做‘無鈷材料’。”

該負責人表示，電化學體系材料配比轉向是一方面，“陽離子摻雜技術、單晶技術、納米網(wǎng)絡化包覆技術”這三種技術是真正推動“無鈷電池”落地，并滿足整車應用場景需求的關鍵。

在公布會上，楊紅新也曾對這三種技術進行過簡單介紹：陽離子摻雜技術即采用兩種化學鍵能更大的元素摻雜到材料中替代鈷，通過強化學鍵穩(wěn)定氧八面體結構，減少鋰鎳混排，大幅改善材料的穩(wěn)定性，可以在4.3-4.35V電壓下穩(wěn)定工作，實現(xiàn)能量密度比磷酸鐵鋰提高40%。

單晶技術則可以改善電池的安全性和壽命。電池在極片制作過程中，為了在有限的殼體空間內加入更多的活性材料，要經過高強度輥壓。與多晶材料相比，單晶材料在輥壓過程中具有更強的顆粒強度和更加穩(wěn)定的結構，耐壓力強度可以提高10倍。正是這種穩(wěn)定的晶體結構，為無鈷材料帶來超長的使用壽命，電芯壽命可以比多晶高鎳三元高出70%。

納米網(wǎng)絡包覆技術，即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。該技術可有效改善高電壓下的材料循環(huán)性能。

電化學體系層面的思路轉變，以及上述三大黑科技的加持，最終使得蜂巢能源在無鈷材料的開發(fā)上率先取得突破。

3無鈷電池是三元和磷酸鐵鋰的折中方法嗎？

公布會上，蜂巢能源拿“無鈷電池”與目前主流的三元電池、磷酸鐵鋰離子電池在能量密度、循環(huán)壽命、安全、成本等維度進行了比較，以展示“無鈷電池”商業(yè)化的可行性及前景。看完公布會后，有人認為，“無鈷電池”是三元電池和磷酸鐵鋰的折中方法。事實果真如此嗎？

“目前磷酸鐵鋰的單體能量密度在190Wh/kg基本已經接近天花板了，我們開發(fā)的‘無鈷電池’能量密度要比磷酸鐵鋰能量密度高出40%左右，”據(jù)蜂巢能源無鈷電池研發(fā)負責人介紹，“公司推出的首款‘無鈷電池’能量密度達到245Wh/kg，盡管鎳含量沒有NCM811高，但能量密度與現(xiàn)階段的NCM811已經非常接近了；在不同電壓體系下，其能量密度表現(xiàn)要好于NCM523、NCM613”。

安全性方面，目前蜂巢能源NMx“無鈷電池”A樣產品已做過熱箱過沖、短路、熱失控、熱蔓延、擠壓、撞擊，包括噴射實驗測試，測試結果顯示安全容忍度都要高于三元電池。

如電芯熱箱安全測試（見下圖），可以通過150℃，0.5h的嚴苛測試條件，而目前國標（GB/T31485-2015）的要求僅為130℃，0.5h。

當然，與磷酸鐵鋰相比，由于磷酸鐵鋰熱穩(wěn)定性的天然優(yōu)勢，磷酸鐵鋰在安全性上還是要更勝一籌。

電芯循環(huán)壽命方面，在25℃，1C充放電500次循環(huán)，都沒有明顯的容量損失。

據(jù)了解，目前無鈷電池的產品為B樣狀態(tài)，今年的八月份就可對外進行樣品送樣測試。

成本方面，“因為實現(xiàn)了無鈷，無鈷正極材料成本要比當前主流的NCM材料低15%左右。”蜂巢能源無鈷材料負責人還表示，“因為無鈷，材料本身價格將不會再隨鈷價波動而變化，價格也將更穩(wěn)定，不用擔心鈷價波動帶來的影響”。他還認為，未來隨著無鈷材料產量規(guī)模的不斷擴大，價格還有望繼續(xù)下探。

“能量密度上已經比肩高鎳三元電池材料，并遠高于磷酸鐵鋰，同時成本要比三元材料低15%左右，”蜂巢能源無鈷電池研發(fā)負責人表示，各項性能上的差距并非折中產品所能做到的。

4為何2021年下半年才上市？

公布會上，蜂巢能源公布的兩款無鈷電池都將于2021年下半年開始上市。由于上市時間仍然有一年之久，很多人認為蜂巢能源是不是在搶無鈷電池的風頭？

“一種新技術的誕生和新產品的最終落地應用都有一定的周期，”蜂巢能源無鈷電池研發(fā)負責人告訴電池我國網(wǎng)，“從技術開發(fā)、調試、優(yōu)化，再從產品從A樣、B樣，以及搭載到整車上的驗證，夏季、冬季標定都要一定的周期，無鈷電池的開發(fā)也同樣如此”。

蜂巢能源2019年七月向外界公布了無鈷電池技術，其后就一直進行無鈷正極材料體系的相關測試、優(yōu)化和驗證，今年五月正式公布了兩款A樣“無鈷電芯”。據(jù)悉，目前蜂巢能源正在進行B樣產品的生產測試、調試、優(yōu)化，同時基于B樣產品進行電池包結構設計相關工作。“B樣之后，我們還要做C樣以及配套整車的開發(fā)和驗證流程，時間線上計劃明年六月將產品推向市場。”

目前，特斯拉計劃在其“電池日”活動中宣布其自主研發(fā)的無鈷電池技術，也有一些電池公司透露有無鈷電池相關技術的儲備。同樣，從技術公布到產品經歷A樣、B樣再到裝車應用，都要較長的測試、優(yōu)化和驗證周期。

5無鈷電池未來會成為主流技術路線嗎？

磷酸鐵鋰的低成本、高安全、長壽命，三元電池的高能量密度、優(yōu)異的循環(huán)性能，使得這兩種電池技術路線成為目前乃至未來較長一段時間的主流電池技術路線。近兩年業(yè)界呼聲較高的“無鈷電池”未來也會成為主流電池技術路線之一嗎？

“從技術發(fā)展的趨勢我們可以看到，鈷含量在逐漸降低，從最開始的59%降到30%，再降到12%、7%甚至3%，材料開發(fā)的方向一直是奔著鈷含量越來越低的趨勢，”蜂巢能源無鈷電池研發(fā)負責人表示，低鈷、甚至無鈷一直是電池技術發(fā)展的趨勢，“現(xiàn)在我們把無鈷的時間軸提前了，相信其他公司也會加快這一技術的研發(fā)步伐，而隨著越來越多電池、整車公司參與進來，未來無鈷將成為主流電池路線之一。”

從供給端來看，全球鈷資源儲量稀缺，目前每年鈷產量約為20萬噸，其中約49%用于消費類電池產品，有14%用于新能源汽車動力鋰電池，剩余的重要用于合金領域。根據(jù)我國新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃，到2025年我國新能源汽車產銷占比要達到新車產銷的25%，較目前上升約5倍（約700萬輛）；國外方面，大眾、寶馬、戴姆勒等國際主流車企也紛紛制定了汽車電動化戰(zhàn)略，2025年全球新能源汽車產銷有望超過1000萬輛。粗略測算，對鈷的需求也將是現(xiàn)在的5倍。“隨著全球大力發(fā)展電動汽車，現(xiàn)有鈷資源是無法支撐全球電動汽車產業(yè)發(fā)展的，低鈷和去鈷將是大勢所趨，”蜂巢能源無鈷電池正極材料研發(fā)負責人認為，隨著無鈷電池技術的成熟，且成本更低，同時也擺脫了對鈷的依賴，無鈷電池未來必將成為主流電池技術路線之一。

6無鈷電池技術也要迭代

公布會上，蜂巢能源亮相的兩款無鈷電池，分別具有長續(xù)航（可實現(xiàn)880km續(xù)航）和長壽命特點，這兩款產品是基于同一材料體系根據(jù)不同應用場景打造。“如同三元材料經歷了5系到8系，甚至還會出現(xiàn)9系相同，未來無鈷電池也可以根據(jù)鎳含量的不同衍生出多種無鈷體系電池。”蜂巢能源無鈷電池研發(fā)負責人表示，公司現(xiàn)階段通過降低鎳含量，實現(xiàn)無鈷材料技術的突破，并研發(fā)出無鈷電池，“有了第一款無鈷材料的技術積累，我們將繼續(xù)從材料端迭代開發(fā)無鈷材料體系，且基于每一種材料體系去開發(fā)不同應用場景需求的無鈷產品。”

蜂巢能源無鈷材料研發(fā)負責人認為，“未來鎳錳酸鋰無鈷材料會繼續(xù)按照兩個方向發(fā)展：一個是低成本的無鈷電池；另一個是往高鎳（如Ni9系）方向發(fā)展。除此之外，無鈷富鋰錳也是一個方向，但這種技術路線面對的挑戰(zhàn)比較多，如電壓、倍率都是問題，這種路線落地預計要在五六年后了”。