二十年前，一篇有關“結(jié)構穩(wěn)定的層狀材料鎳錳酸鋰”的文章誕生于日本。那篇文章的作者不會想到，二十年后，一家來自我國的公司即將把這個技術從實驗室搬出來。

“網(wǎng)絡上出現(xiàn)了‘無鈷就是磷酸鐵鋰’的解讀，我們要來正名，蜂巢能源的無鈷是在鎳鈷錳三元材料中去掉了鈷元素。”蜂巢能源總裁楊紅新的這句開場白，似曾相識。

今年二月十八日，特斯拉將研發(fā)無鈷電池的消息不脛而走，一時間資本市場被激起層層浪花，鈷元素相關股票紛紛大跌，“對面兒”的磷酸鐵鋰離子電池概念股卻應聲大漲。然而沒過兩天，特斯拉在一次回復用戶時表示，“請留意四月（或推遲至六月）的電池公布會，無鈷，不代表一定是磷酸鐵鋰?！?/p>

三個月后，蜂巢能源率先出牌了。

蜂巢能源公布了兩款無鈷電池，第一款無鈷電池基于590模組的電芯設計，容量為115安時，電芯能量密度達到245瓦時/公斤。它是在通用化電芯尺寸設計基礎上完成的，能夠搭載到目前大部分新的純電平臺上，在整車端能夠?qū)崿F(xiàn)15年120萬公里的質(zhì)保，預計在2021年六月份推向市場。

第二款是L6薄片無鈷長電芯，容量226安時，官方表示其正在與汽車公司合作開發(fā)，在矩陣式PACK設計支持下，是全球第一款可以實現(xiàn)880公里的續(xù)航里程的車型，預計可以在2021年下半年實現(xiàn)量產(chǎn)。

“無鈷電池”已成大勢所趨？

鈷是一種稀缺金屬，原子序數(shù)27，是鋰離子電池正極材料中的重要組成部分。它能夠供應穩(wěn)定的電池性能結(jié)構，這有關鋰離子電池安全性而言至關重要。

有關“無鈷”這個概念，楊紅新坦言：“無鈷材料并非蜂巢能源的獨創(chuàng)，人們在無鈷材料的開發(fā)道路上已經(jīng)持續(xù)走了20年，自從鈷酸鋰成為首個商業(yè)化的正極材料以來，由于鈷的昂貴性和稀缺性，人們一直在尋找可替代鈷的其它材料，我們預計，2026年后鈷將供不應求?！?/p>

他說得沒錯，從鈷酸鋰中鈷的59%占比值，逐漸發(fā)展到NCM523（12%）、NCM811（7%），直到無鈷電池的0%。自去年七月蜂巢能源全球先發(fā)了無鈷材料電池后，業(yè)內(nèi)有關它的討論不僅停留在技術層面，在很多業(yè)內(nèi)人士看來，動力鋰離子電池“無鈷化”的風口已至。

早在2018年，馬斯克就公布推特稱，特斯拉的鈷使用量將從目前的3％降至0％。最近，特斯拉長期合作伙伴JeffDahn教授團隊表示，通過他們的實驗，鈷的必要性似乎并不高，降鈷是特斯拉電池研發(fā)的重要目標之一。

今年二月《TheDriven》曾報道稱，特斯拉和寧德時代正在開發(fā)無鈷電池。“公司有自己的‘無鈷’電池技術儲備，目前研發(fā)進展順利，正在想辦法搞好供應鏈，因為是一個全新的、顛覆性的產(chǎn)品。”在不久前的業(yè)績說明會上，寧德時代表示。

此前據(jù)多家外媒報道，寧德時代一直在研究無鈷和低鈷電池技術，寧德時代的無鈷磷酸鐵鋰離子電池組成本已跌破80美元/千瓦時，電芯跌破了60美元/千瓦時，而低鈷三元電池組達到了驚人的100美元/千瓦時。

鈷元素被“排擠”的原因重要有二：稀缺、開采。

鈷在地殼中的含量比較低，豐度僅為0.0025%，全球陸地鈷的儲量約為710萬噸，區(qū)域分布卻十分集中，剛果(金)在全球鈷儲量的占比為52%。在全球目前的鈷元素消耗中，約50%左右用在鋰離子電池上?！懊恳徊渴謾C大約會用到10克左右的鈷，特斯拉純電動汽車大約每輛會用到13公斤的鈷。”楊紅新舉了兩個很直觀的例子。

“稀缺”帶來的除了難以支撐新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的焦慮，還逼出了日益走高的價格，且波動巨大。我國汽車動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長王子冬表示：“電動汽車的發(fā)展在延續(xù)鋰離子電池技術路線的時候，發(fā)現(xiàn)了很多問題，比如熱失控、內(nèi)短等。電動汽車用的電池和3C消費電子類用的電池體量完全不相同，前者的個別電池出現(xiàn)問題時會出現(xiàn)連鎖反應。并且，資源方面也出現(xiàn)了問題，鈷的價格從8萬/噸漲到了最高60萬/噸，大家都在做努力降低鈷的占比?！?/p>

還有一點值得重點關注，即手挖礦和童工。從開采、出口，再到權益斗爭，依靠鈷不僅無法改變國家貧窮的面貌，反而秩序愈發(fā)混亂不堪。一份來自國際赦免“有關鈷貿(mào)易中人權行為”的報告中曾指出：兒童開采的鈷，最終成為了蘋果，微軟，特斯拉和三星等知名科技公司的產(chǎn)品。

去年十二月，蘋果、Alphabet、微軟、戴爾以及特斯拉五家公司，在美國被國際人權組織提起聯(lián)邦。14名原告包括了開采鈷礦時因隧道、墻壁坍塌等事故致殘或致死兒童的監(jiān)護人。并且，很多童工每天都會吸入大量有毒的灰塵，導致的嚴重后果不忍直視。

蜂巢能源，怎么做無鈷電池？

坦白講，三元材料和磷酸鐵鋰也確實“不爭氣”。

就現(xiàn)階段而言，動力鋰離子電池依舊處于“魚和熊掌”的時期，以鎳鈷錳、鎳鈷鋁為重要材料的三元技術路線，雖然能力密度比較高，可以顯著提升電動汽車的續(xù)航里程，但卻不得不在安全和使用壽命上做出一定的讓步；磷酸鐵鋰離子電池發(fā)熱量比較少，安全性好，但續(xù)航里程不盡如人意。在楊紅新看來，通過結(jié)構設計創(chuàng)新來新增電池容量，無法規(guī)避增重問題，會帶來電耗的新增。

蜂巢能源的薄片式無鈷電池，概括來說，即通過單晶無鈷材料技術、疊片電芯設計技術、矩陣PACK設計技術和車規(guī)級Ai制造等方式，可實現(xiàn)續(xù)航里程超過800公里，以及15年120萬公里的長使用壽命。

文章開篇曾提到的鎳錳酸鋰，正是蜂巢能源無鈷電池的正極材料，這個材料之所以歷經(jīng)二十年都沒有從實驗室走出來，很大程度上是因為存在難以逾越的難點?！氨热?2價鎳離子占據(jù)鋰離子的位置，阻礙鋰的拖嵌，使得鋰鎳混排大。另外，循環(huán)性能不理想，要在高電壓下才能夠充放電?！睏罴t新介紹說。

蜂巢能源的做法是，首先通過陽離子摻雜技術提高材料的上限電壓，實現(xiàn)能量密度比磷酸鐵鋰高40%。同時，采用了兩種化學鍵能更強大的元素替代鈷，摻雜到材料中，通過強化學鍵穩(wěn)定氧八面體結(jié)構，減少了鋰鎳混排，改善了材料穩(wěn)定性，且可以在4.3-4.35伏電壓下穩(wěn)定工作。

其次，單晶技術可以改善安全性和壽命，單晶與多晶相比具有更強的顆粒強度和更加穩(wěn)定的結(jié)構，耐壓力強度提高10倍，電芯壽命可以比多晶高鎳三元高出70%。

同時，蜂巢能源無鈷電池采用了納米網(wǎng)絡化包覆技術。三角網(wǎng)絡是韌性最高的結(jié)構，合成過程中在單晶表明包覆了一層納米氧化物，可以減少正極材料和電解液的副反應，有效改善了高電壓下的材料循環(huán)性能，

再加上蜂巢能源引以為傲的“疊片設計"，其有效提升了電芯內(nèi)部的體積空間利用率，層狀結(jié)構可以使極片的平整度更好、應力更均勻、膨脹變形更小，該設計可以使無鈷電芯的能量密度再提高5%，循環(huán)壽命再提升10%。

最后一個是矩陣式PACK，其將電池包劃分為兩個矩陣網(wǎng)絡，將長的薄片無鈷電池規(guī)則排列在網(wǎng)格內(nèi)。在電池包內(nèi)部組成大型矩陣模塊，矩陣和矩陣之間相互關聯(lián)又相互獨立，正常工況時能夠保證整個矩陣模塊的剛度，而在非常規(guī)極端工況下，比如側(cè)碰時，可以通過多個電芯分散撞擊力，保證電池包和整車安全，成組效率達到80%（傳統(tǒng)電池包和CTP技術為72%-75%左右）。據(jù)楊紅新透露，目前第二款無鈷電池正在和長城高端車型進行適配。

有關無鈷電池，王子冬認為高性能并非第一課題，“無鈷電池對行業(yè)貢獻比較大，它的出現(xiàn)，我更希望在安全性、長壽命、可靠性等方面做文章。并且，在無鈷的情況下，希望能把電壓平臺、能量密度、克容量拉高，來稀釋鎳材料成本的影響，這一點非常關鍵?！睋?jù)官方介紹，蜂巢能源的無鈷電池已經(jīng)通過了國標和歐標的全部安全性測試，在安全性能上要優(yōu)于三元電池，以熱穩(wěn)定方面為例，其通過了150攝氏度的熱箱實驗。

有關適配問題，真鋰研究首席分析師墨柯也向懂車帝表達了自己的觀點，他認為，無鈷電池短時間內(nèi)大規(guī)模應用的可能性不大，但若開始應用，車型適配方面不會有太大問題，“蜂巢能源所說的適配可能更多指的是其車規(guī)級概念，也就是方形疊片電池，這種電池可以做到扁平狹長，利于散熱，利于PACK設計?！?/p>

寫在最后：

特斯拉自研電池、特斯拉與寧德時代合作研發(fā)電池、寧德時代CTP技術、比亞迪刀片電池、蜂巢能源無鈷電池......相信很多人都沒想到，今年上半年動力鋰離子電池技術的“競賽”竟會如此精彩。無鈷電池從各方面看已堪稱完美，但在車型適配、實際應用表現(xiàn)等方面還需時間來驗證。談及開放，據(jù)楊紅新透露，目前蜂巢能源已和兩家國際品牌在深入溝通適配的可能性，對方非常感興趣。