降鈷是主流，但別被“無鈷”帶跑偏

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　　2020/05/23

　　“電池技術革新確實是一個相對緩慢的事情。”

　　文丨王小西

　　編輯丨小叮噹

　　“無鈷”電池掀起的洶湧浪潮所創造的宣傳效果，彷彿“新生活”就在眼前。但是，我們認真思考一下，對於“無鈷”這個概念，就會心生疑竇。

　　什麼叫“無鈷”？磷酸鐵鋰也很“無鈷”的好吧！如果不界定清楚範圍，這個説法很容易把人帶偏。而特斯拉憑藉強大的“帶貨能力”，將“無鈷”概念的火星點燃，“燎”起了一輪強關注，但是特斯拉打了個擦邊球就閃了。我們沒等着特斯拉，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。説起來很牛，這兩款電池使用了NMX無鈷材料，提供了高循環壽命、高安全性和高能量密度的技術優勢。

　　第一款產品是是基於590模組的電芯設計，容量為115Ah，電芯的能量密度達到245wh/kg。由於是在通用化電芯尺寸設計基礎上完成，所以能夠搭載到目前大部分新的純電平台上，並宣稱能夠實現15年120萬公里質保。而第二款是正在與長城合作開發的一款產品，是L6薄片無鈷長電芯，容量226Ah，通過矩陣式PACK設計，可以實現880公里的續航里程。

　　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。無疑，如果這種技術正式落地的話，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，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

　　這次發佈雖説無異於“亮劍”，但是細節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”技術儲備，這是寧德時代5月11日發佈2019年業績時候透露的，但寧德時代還是比較謙虛，沒有講更多信息。

　　回頭來説，現在車企主要用的三元鋰電池為什麼要用到鈷？做到“無鈷”難度在哪裏？（提前交待一下，有些基礎的知識，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，我們直接説重點。）

　　實際上，鈷的作用就是為了抑制鋰電池的“鎳鋰混排”現象。因為，如果發生“鎳鋰混排”現象，那麼三元鋰電池裏面的微觀結構可能就徹底發生混亂，會導致電池壽命和容量大幅縮短，甚至發生其它危險。

　　除此之外，鈷還可以降低材料的阻抗值，提高材料電子電導率，改善倍率性能、降低電芯內阻等等，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，才想着把鈷給去了。

　　那麼，蜂巢是通過什麼手段來達到“無鈷”的呢？

　　第一個，是陽離子摻雜技術。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）。蜂巢説自己採用了“兩種化學鍵能更大的元素”來替代鈷，可以在4.3~4.35V高電壓下穩定工作，能量密度提高而且成本降低。

　　第二個是單晶技術。單晶的顆粒強度更強，結構更加穩定，耐壓力強度可以提高10倍。這麼説吧，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，不過大多數正極材料在高温性能、能量密度和循環壽命上不如三元鋰電池。

　　第三個算是黑科技——納米網絡化包覆。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，有效改善高電壓下的材料循環性能。

　　但是，由於蜂巢對這三項技術沒有提供更多的細節，我們只有等明年量產以後才能驗證。

　　還有一個非常現實的匹配問題要解決，就像真鋰研究總裁墨柯説的，“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。現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。”蜂巢選擇鎳錳進行“無鈷”突破，匹配的難度應該不會不考慮吧？

　　此外，我們從蜂巢的“技術創新曲線”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”？

　　要説“無鈷”是顛覆性技術，恐怕談不上。為什麼這麼説？因為，“無鈷”從技術上來説難度很大。早就有國內外專家説過，“鈷元素在三元材料中短期內無法完全消除替代。”而且，前瞻技術研發和量產落地是兩回事，畢竟NCM811電池都才剛開始應用。

　　根據研究機構EVTank最新的數據，今年1~4月國內三元鋰電池裝機量佔比升至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佔的比例不足5%。所以，三元鋰電池目前的地位還是非常穩固的。

　　此外，2月份的一次業內座談會上，行業人士也就特斯拉的“無鈷”説法進行了探討，並認為：

　　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年全球鈷消費量預計增長11%至14.8萬噸，2020~2025年期間預計保持7%左右的年均增速，因此特斯拉的技術路線變化，其實對鈷消費的整體影響相對有限。

　　其次，現階段國內沒有一家企業可以實現真正意義的無鈷正極材料的批量化生產和銷售。而行業人士也認為，特斯拉選用磷酸鐵鋰主要是基於成本考慮，並不意味着三元電池的性能存在問題。換芯後，低配版Model 3預計電池成本將下降20%~30%，初期整車成本預計下降2萬元以上。這也意味着其售價會降到25萬元左右。

　　此外，我們不僅要看蜂巢這樣的國內電池企業在做什麼，也要看看它們的國際對手們在做什麼。事實上，更多企業正在佈局鎳鈷錳鋁（NCMA）“四元”鋰電池。而領軍的通用汽車，今年3月公佈了自主研發的Ultium動力電池包。

　　Ultium應該算是第一種將量產的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圓柱形電池包多20倍，續航里程可達到400英里（約650公里）或更高。而且，為順利實現推進產能建設，通用汽車與LG化學合資23億美元（約合人民幣162億元）成立合資公司Ultium Cells LLC，來進行聯合研發和生產。

　　而根據去年7月份的“蜂巢能源品牌戰略規劃及產品發佈會”的內容，蜂巢自己也在開發NCMA四元鋰電池的項目，但是還處於概念性階段，2018年9月蜂巢公司立項，當時預計2019年年底完成材料的前期開發，2020年12月計劃完成材料的確定，並預計在2022年11月達到四元電芯商品化量產。從時間上來説，會比“無鈷”還要慢一些。

　　但不管怎麼説，四元鋰電池一旦成功量產，衝擊性還是很高的。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。這對於蜂巢發佈的“無鈷”鎳錳酸鋰電池來説，可能是最重要的對手。

　　中國科學院物理研究所李泓博士説過，“電池是一個很複雜的體系，一個新材料的商業化，必須要所有配套材料同步革新，這本身就是一個相對複雜、長週期的開發；而產品開發完成後，還有小試、中試、量產，期間不斷修正也是一個漫長過程，因此，電池技術革新確實是一個相對緩慢的事情。”

　　同樣我們來看蜂巢，雖然已經完成了“無鈷”電池的技術攻關，目前還只是一個“概念產品”，從過程來説，“無鈷”電池去年年底完成材料開發工作，今年3月完成材料體系優化和4月的材料中試，發佈會以後，要到8月體系定型，再經過各種可靠性及性能等驗證之後，2021年11月實現無鈷電芯量產，速度已經算是相當快的了。

　　因此，“無鈷”電池的落地需要1~2年時間是毋庸置疑的，過於高調的宣傳會適得其反，我們在此之前還是應該踏踏實實地做好基礎工作。再説，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發展曲線圖，最終它的目標還是要走到固態電池上去的。

　　｜王小西｜

　　比天空更遼闊的……

　　THE END