誰(shuí)是“鈷奶奶”？也許不少人有所耳聞。2018年年底，地球上重要的元素“鈷”，價(jià)格飆升至60萬(wàn)元/噸。2016年之時(shí)，鈷價(jià)才12萬(wàn)元/噸。直到今天，鈷價(jià)依舊維持在24萬(wàn)元/噸。天價(jià)鈷讓汽車電池企業(yè)成本壓力巨大，“鈷奶奶”稱號(hào)便在業(yè)內(nèi)流傳開(kāi)來(lái)。
為了“降鈷”，各大動(dòng)力電池企業(yè)各出奇招，鈷含量也從最早的59%，逐步降低至7%。不過(guò)，蜂巢能源科技有限公司認(rèn)為這還不夠，只有將鈷含量降到0%，才是電池的最終出路。5月18日，長(zhǎng)城汽車旗下獨(dú)立出來(lái)的動(dòng)力電池供應(yīng)商，自詡為鋰電新勢(shì)力的蜂巢能源，推出“薄片無(wú)鈷電池”，欲掀起一場(chǎng)動(dòng)力電池行業(yè)的“無(wú)鈷”大戰(zhàn)。
■ 動(dòng)力電池為何要“去鈷”？
20年前，學(xué)界就曾發(fā)布相關(guān)論文，探討無(wú)鈷電池的未來(lái)前景。誰(shuí)曾想，20年后動(dòng)力電池“去鈷”竟然會(huì)成為共識(shí)。那么，為何要“去鈷”？對(duì)廣大消費(fèi)者而言，動(dòng)力電池“去鈷”或許沒(méi)有概念，如果告訴你這一切起源于鈷金屬的稀缺，便很好理解了。
俗話說(shuō)，物以稀為貴，更令人難受的是，這種稀缺還會(huì)是常態(tài)。鈷元素符號(hào)Co，是一種具有光澤的鋼灰色金屬，質(zhì)地硬而脆。令人惋惜的是，鈷元素在地球上的含量十分低。一組數(shù)據(jù)顯示：鈷金屬豐度僅為0.0025%，全球陸地鈷的儲(chǔ)量約為710萬(wàn)噸，分布區(qū)域也十分集中，52%的鈷儲(chǔ)量在剛果(金)。
也就是說(shuō)，本來(lái)就不豐富的鈷元素，還主要分布在政治局勢(shì)相對(duì)動(dòng)蕩的國(guó)家，鈷價(jià)高企是一種必然。此外，強(qiáng)大的利益驅(qū)動(dòng)背后，隱藏著鮮血與罪惡。有媒體報(bào)道，剛果（金）大量鈷礦礦主非法使用童工，孩子們備受欺凌，生命安全時(shí)常受到威脅。我們使用的手機(jī)電池、動(dòng)力電池，或許背后就是非洲兒童被踐踏的生命與尊嚴(yán)。
鈷在動(dòng)力電池中的地位又十分重要。我們知道，動(dòng)力電池主要分為三元鋰和磷酸鐵鋰兩種技術(shù)路線。其中，以NCM（正極材料為鎳鈷錳三種材料）為代表的三元鋰電池一騎絕塵。最新數(shù)據(jù)顯示，今年1-4月，國(guó)內(nèi)NCM三元鋰電池裝機(jī)量占比升至72.87%。
動(dòng)力電池正極材料中，鈷金屬成本就占據(jù)30%；一輛特斯拉電動(dòng)車，含鈷金屬重量為13.68kg。經(jīng)過(guò)測(cè)算，如果不考慮電池回收到的鈷元素，2026年鈷金屬就將十分短缺。這也不難理解，特斯拉CEO埃隆·馬斯克叫嚷著要降低電池中鈷的使用比例。
中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書(shū)長(zhǎng)王子冬也坦言，電動(dòng)車發(fā)展在延續(xù)鋰電池技術(shù)路線的時(shí)候，出現(xiàn)熱失控、內(nèi)短路等諸多問(wèn)題。與此同時(shí)，資源方面也日漸緊促，鈷價(jià)格從8萬(wàn)/噸漲到最高60萬(wàn)/噸，因此大家都在努力“去鈷”。
“保鈷”還是“去鈷”，整個(gè)行業(yè)也已經(jīng)研究多年。正如南都電源鋰電池技術(shù)研究院副院長(zhǎng)李小平所言，去掉鈷元素主要是從成本角度來(lái)考慮。鈷金屬價(jià)格高企，占據(jù)了電池正極材料中很大一部分成本。此外，從理論上而言，鈷元素并非在電池中不可去除。簡(jiǎn)而言之，降成本是目的，“去鈷”只是過(guò)程。
■ 兩條動(dòng)力電池“去鈷”方案
“去鈷”也并非動(dòng)力電池行業(yè)新鮮事。蜂巢能源總經(jīng)理?xiàng)罴t新指出，為打破有限資源的限制，科學(xué)家們?cè)陔姵夭牧现袦p少鈷元素的努力從未停止過(guò)。電池中含鈷比例，從較早的鈷酸鋰中的59%，到目前普遍應(yīng)用的NCM523電池12%，再到下一代NCM811中的7%，鈷含量一直在降低。
行業(yè)內(nèi)把動(dòng)力電池?zé)o鈷方案劃分為兩個(gè)方向：第一個(gè)是采用傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池方案。第二個(gè)是無(wú)鈷電池材料方案。
比亞迪“刀片電池”磷酸鐵鋰的無(wú)鈷電池路徑，在安全性和電池壽命方面優(yōu)勢(shì)突出。刀片電池利用形狀特點(diǎn)提升了電池包縱向的利用率，緩解磷酸鐵鋰能量密度先天不足的局限性，再加上無(wú)模組技術(shù)，PACK層面減少連接件的數(shù)量，也降低成本，不失為一種創(chuàng)新。比亞迪刀片電池方案能量密度提升50%，成本下降30%，比亞迪漢的整車壽命可達(dá)百萬(wàn)公里以上。
寧德時(shí)代推出的CTP（Cell To Pack）技術(shù)，則通過(guò)省去電池模組，優(yōu)化電池包結(jié)構(gòu)。該技術(shù)在整車融合性上有優(yōu)勢(shì)。數(shù)據(jù)顯示，寧德時(shí)代CTP電池包體積利用率提高15%-20%，零部件數(shù)量減少40%，生產(chǎn)效率提升50%。這也是另一種磷酸鐵鋰路線的無(wú)鈷電池方案。
“蜂巢的無(wú)鈷材料是實(shí)實(shí)在在的，是在鎳錳鈷三元材料中去除了鈷元素。”蜂巢能源則認(rèn)為，新型無(wú)鈷材料電池，才能算作真正的“無(wú)鈷電池方案”。日前，特斯拉官方也透露同樣的觀點(diǎn)：“請(qǐng)大家留意四月（可能推遲到六月）特斯拉電池發(fā)布會(huì)，無(wú)鈷，不代表一定是磷酸鐵鋰?！?
按照蜂巢能源說(shuō)法，他們發(fā)布的全新薄片式的“無(wú)鈷電池”能夠解決三大痛點(diǎn)，通過(guò)單晶無(wú)鈷材料技術(shù)、疊片電芯設(shè)計(jì)技術(shù)、矩陣PACK設(shè)計(jì)技術(shù)，以及車規(guī)級(jí)AI制造的加持，可以實(shí)現(xiàn)整車?yán)m(xù)駛里程高達(dá)880公里，超過(guò)15年120萬(wàn)公里的壽命，以及更加安全可靠。
■ “無(wú)鈷電池”還需后續(xù)劇情
那么，蜂巢能源的無(wú)鈷電池究竟如何？這其中不乏贊許與質(zhì)疑。不過(guò)總體認(rèn)為，動(dòng)力電池“少鈷”甚至“無(wú)鈷”確已成為研發(fā)方向。
但是，“去鈷”并不是一件簡(jiǎn)單的事情。據(jù)業(yè)內(nèi)專家介紹，鎳鈷錳鋰離子電池三元體系中，鎳可以提高材料活性以及能量密度；鈷則主要用于穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，減小陽(yáng)離子混排，提高放電容量；錳則主要負(fù)責(zé)電池充放電過(guò)程中的穩(wěn)定性。
“從蜂巢能源無(wú)鈷電池展示的數(shù)據(jù)來(lái)看，確實(shí)可圈可點(diǎn)?！鄙钲谛垌w股份研發(fā)副總監(jiān)高鵬然博士指出，蜂巢能源展示的陽(yáng)離子摻雜技術(shù)、單晶技術(shù)、納米網(wǎng)絡(luò)化包覆技術(shù)，在解決電池能量密度、電池安全性和電池壽命，以及高電壓下的材料循環(huán)性能有促進(jìn)作用。
楊紅新解釋，陽(yáng)離子摻雜技術(shù)就是采用與氧化學(xué)鍵鍵能高的陽(yáng)離子摻雜到晶體結(jié)構(gòu)中。蜂巢能源是采用兩種化學(xué)鍵能更強(qiáng)大的元素替代鈷，摻雜到材料中。通過(guò)強(qiáng)化學(xué)鍵穩(wěn)定氧八面體結(jié)構(gòu)，減少鋰鎳混排，改善材料穩(wěn)定性，并在4.3—4.35V電壓下穩(wěn)定工作，能量密度比磷酸鐵鋰提高40%。
李小平則認(rèn)為，無(wú)鈷電池從材料角度來(lái)說(shuō)，也并不算太大的創(chuàng)新。無(wú)鈷電池需要解決的材料擋電性問(wèn)題，快充問(wèn)題，以及電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題。此外，還需適當(dāng)與其他材料進(jìn)行配合使用。如果蜂巢能源在這些方面得到很好地解決，才能最終得到整車企業(yè)和消費(fèi)者的認(rèn)可。
也有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，三元電池從NCM111、NCM523，發(fā)展到NCM622、NCM811，已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。鈷元素存在使得三元電池的穩(wěn)定性、充放電速率會(huì)更好，因此不少企業(yè)將鈷含量降低到5%左右。松下、特斯拉甚至對(duì)外宣稱，目前三元電池鈷含量可降到3%，不過(guò)迄今為止還沒(méi)有繼續(xù)降到0%。短期內(nèi)，鈷元素還是很難被替代，絕對(duì)“無(wú)鈷”電池技術(shù)還不夠成熟。
再則，回歸到動(dòng)力電池“去鈷”初衷，降本才是最終目的。發(fā)布會(huì)上，蜂巢能源并未公布其無(wú)鈷電池方案的最終成本。誠(chéng)然，“無(wú)鈷電池”不再受制于鈷金屬資源和鈷價(jià)的限制，但是研發(fā)成本、加工工藝成本方面會(huì)提升多少？未來(lái)是否會(huì)間接轉(zhuǎn)化到消費(fèi)者身上？我們目前不得而知，而這也是業(yè)內(nèi)質(zhì)疑的問(wèn)題。
編輯總結(jié)：
根據(jù)規(guī)劃，2025年中國(guó)新能源汽車新車銷量占比達(dá)25%。另?yè)?jù)預(yù)測(cè)，2035年全球新能源汽車的市場(chǎng)滲透率將達(dá)到50%。企業(yè)發(fā)力無(wú)鈷電池，在戰(zhàn)略上具有前瞻性，將使動(dòng)力電池不再受制于鈷元素。從理論上來(lái)說(shuō)，三元?jiǎng)恿﹄姵責(zé)o鈷化并非不成立，技術(shù)上也可做到與普通三元電池比肩的程度。蜂巢能源發(fā)布的兩款無(wú)鈷電池，均計(jì)劃在2021年下半年量產(chǎn)。那么，究竟能實(shí)現(xiàn)多大的降本比例，未來(lái)量產(chǎn)的情況又會(huì)如何，我們還需要持續(xù)關(guān)注。（文/汽車之家 李爭(zhēng)光）
