1
無鈷是否可行？
隨著新能源汽車的快速發(fā)展，整個行業(yè)對鋰Li、鎳Ni、鈷Co金屬的需求會進(jìn)一步增加，但是對于金屬Co來說，全球礦藏儲量非常有限，且集中分布于常年局勢不穩(wěn)的非洲國家剛果，學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界一直試圖弄清楚Co在三元材料中的最低含量界限在哪里，盡量降低新能源汽車行業(yè)對金屬Co的依賴。
三元體系中，不同的元素在對材料的理化性能意義也不同。三元材料鼻祖J. R. Dahn認(rèn)為目前還沒有確鑿的證據(jù)清楚地表明鎳含量高（例如，當(dāng)1-x-y>0.9）的NCA中需要鈷。Al、Mn或Mg等元素對于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱安全性等同樣具有改善作用。但是我們認(rèn)為，鈷元素可以起穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)的作用，Co含量增加能有效減少陽離子混排，降低材料阻抗值，尤其對于提高材料電子電導(dǎo)率，改善倍率性能、降低電芯內(nèi)阻等有其不可替代的作用。
“無鈷化”的方案包括：用其他有類似作用的元素替代鈷；多個材料體系耦合；使用陰離子氧化還原對；精細(xì)調(diào)控高鎳材料等。
“無鈷“是一個重要的研究目標(biāo)，但也需要注意性能指標(biāo)。鈷元素在三元材料中短期內(nèi)無法完全消除替代。除此之外，新能源尤其動力鋰離子電池行業(yè)發(fā)展過程中對其他無鈷材料也保持持續(xù)的關(guān)注和應(yīng)用。如中國科學(xué)院院士歐陽明高所說，動力電池有三個發(fā)展趨勢，第一是在材料和體系方面創(chuàng)新，從有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)，到無機(jī)的固態(tài)電解質(zhì)；第二是借助智能制造、回收和人工智能，發(fā)展智慧電池；第三，是在設(shè)計(jì)和產(chǎn)品工程方面創(chuàng)新。不管是哪一趨勢最終都對無鈷材料有著深遠(yuǎn)影響：
電解液抗氧化能力的提高、或高電壓固態(tài)電解質(zhì)的應(yīng)用，為尖晶石鎳錳高電壓二元材料的應(yīng)用提供幫助，該材料在成本、倍率性能、循環(huán)性能等方面具有明顯的優(yōu)勢，未來隨著電解液等主材的發(fā)展，有可能會擴(kuò)大其市場應(yīng)用范圍；在低鈷的基礎(chǔ)上通過材料回收等手段，建立完整的生產(chǎn)-回收產(chǎn)業(yè)鏈體系，可進(jìn)一步降低鈷元素在三元正極材料中的使用成本，緩解鈷資源壓力；近期大熱的無模組電池包和刀片電池是設(shè)計(jì)創(chuàng)新的典型代表，運(yùn)用此技術(shù)預(yù)計(jì)大幅改善磷酸鐵鋰電池能量密度低、續(xù)航里程短的不足。
從上述分析可知，無論是學(xué)術(shù)研究上，還是產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)上，目前三元材料體系絕對“無鈷”方案并不成熟。綜合考慮性能和成本，通過精細(xì)調(diào)控高鎳材料組分、煅燒溫度、燒結(jié)氣氛，做到相對“無鈷”的高鎳低鈷材料才是可行的。
2
高鎳低鈷趨勢顯著
低鈷高鎳正極材料（鎳含量≥90%，鈷含量≤5%），不應(yīng)該看作是目前市場應(yīng)用主流NCM811/NCA電池為增加能量密度而對其他性能（如循環(huán)性、安全性等）做出妥協(xié)的一種選擇。事實(shí)上，不管從開發(fā)還是市場應(yīng)用角度考慮，都應(yīng)該看作是在保持或改善現(xiàn)有主流NCM811/NCA高鎳材料性能優(yōu)勢的同時，進(jìn)一步降低成本，增加能量密度，追求極致材料，推動新能源技術(shù)的發(fā)展和普及的有力工具。
理論上來說，三元材料隨著鎳含量的提升，比容量也會隨之升高，為保證汽車長續(xù)航里程能力提供基礎(chǔ)。但也會造成諸如循環(huán)性變差，熱分解溫度變低，與電解液間副反應(yīng)加劇等問題。三元材料中鈷元素的存在，有利于增強(qiáng)晶體材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，改善功率性能，抑制陽離子混排，提高熱安全性等性能。人類社會發(fā)展到今天的文明，任何一點(diǎn)進(jìn)步都不是一帆風(fēng)順的。近年來，不管是學(xué)術(shù)界還是工業(yè)界，做了大量關(guān)于改善高鎳低鈷材料的工作，包括在體相摻雜、表面處理、制備環(huán)境管控、生產(chǎn)全流程自動化等一系列技術(shù)上取得了長足的進(jìn)步。
容百科技的研究生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，LiNi0.90Co0.05Mn0.05O2材料通過工藝的改進(jìn)，在性能上完全具有媲美甚至超過市場主流的LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2材料，同時克比容量提5%以上，其帶來能量密度的升高也是顯而易見的。另外原材料成本可以降低10%左右。隨著電解液、負(fù)極等其他主材配套材料的革新發(fā)展，電芯生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，消費(fèi)者對低成本長續(xù)航里程電動汽車的訴求的不斷增強(qiáng)，高鎳低鈷材料的應(yīng)用勢必會加速擴(kuò)大占據(jù)一定份額，甚至逐漸出現(xiàn)對8系NCM/NCA的替代現(xiàn)象。
3
理性看待電動汽車安全性
電動汽車安全性一直是社會關(guān)注的重點(diǎn)問題，也是新能源汽車發(fā)展和普及過程中不能忽視的關(guān)鍵性能指標(biāo)。
從概率的觀點(diǎn)來看，鋰離子電池的自失效是存在的，但程度很低。公開報道表明，對于電動汽車，可通過P=1-(1-P)m-n計(jì)算車輛水平的自感故障率，其中P是考慮m輛電動汽車的故障率，每個電動汽車的電池組中包含n個電池。以特斯拉S型為例，n=7104。假設(shè)1650個電池的自失效率p為0.1 ppm，在制造過程中不存在缺陷率，那么當(dāng)EV的數(shù)量等于m=10000時，失效率p=0.9992，表明失效率約為1/10000。與傳統(tǒng)車輛（美國每10000輛車發(fā)生7.6起火災(zāi)事故）相比，電動汽車事故的概率似乎要低得多。
4
特斯拉的低鈷路線及其邏輯
特斯拉最新一代高鎳電池鈷含量會進(jìn)一步降至3%以下，客觀上已經(jīng)相對“無鈷”。高鎳低鈷的NCA材料在特斯拉上的成功應(yīng)用以及大規(guī)模出貨已經(jīng)在一定程度上驗(yàn)證了高鎳低鈷材料巨大的市場潛力和前景趨勢。
特斯拉“去鈷”核心在于變被動為主動，極限降鈷就是以后不受制于鈷，不斷“去鈷”也能進(jìn)一步降低對鈷價變化的敏感性，有利于預(yù)期管理，控制成本。特斯拉目前產(chǎn)能規(guī)劃宏闊，不希望有任何環(huán)節(jié)阻礙其產(chǎn)能擴(kuò)張，鈷對電動車遠(yuǎn)期產(chǎn)能的限制與馬斯克理念沖突，因此他需要降鈷。降鈷后，特斯拉不再受制于鈷價大幅波動對整體成本造成太大影響，可以對單車成本做預(yù)期管理，降低對鈷價巨幅波動的敏感性，“去鈷”核心在于變被動為主動。
編輯：楚晴
《特約來稿》欄目介紹：
2019年末至今，動力電池的話題一直很熱：
1、年初，一則“特斯拉正在與寧德時代磋商采用無鈷電池”的消息橫空出世。此消息隨即造成鈷材料市場大跌，同時引發(fā)了又一輪電池“無鈷”技術(shù)的討論。
2、3月4日，通用在“EV week”活動推出一款新的電池產(chǎn)品Ultium，其電芯將會采用LG化學(xué)最新研發(fā)的NCMA四元鋰電池。該電池的四元正極材料具備高能量密度、高穩(wěn)定性、低成本優(yōu)勢。鈷元素含量下降至5%，電池量產(chǎn)成本為100美元。
3、3月5日，江淮汽車提出“蜂窩電池”技術(shù)，并聲稱該技術(shù)與之前那些降成本的CTP電池包技術(shù)不同，首要解決安全問題。預(yù)計(jì)可將因電池失效導(dǎo)致的車輛起火概率降低一個數(shù)量級。
4、三星高等研究院與三星日本研究中心在《自然-能源》雜志上，發(fā)表《通過銀碳負(fù)極實(shí)現(xiàn)高能量密度長續(xù)航固態(tài)鋰電池》論文，介紹了三星對于困擾全固態(tài)電池量產(chǎn)的鋰枝晶與充放電效率問題的解決方案。該方案將幫助電池實(shí)現(xiàn)900Wh/L的能量密度，1000次以上的充放電循環(huán)以及99.8%的庫倫效率（即充放電效率）。
5、3月29日下午，比亞迪正式推出全新的磷酸鐵鋰電池“刀片電池”。據(jù)介紹，該電池實(shí)現(xiàn)體積比能量密度提升50%，成本下降30%，整車壽命可達(dá)百萬公里以上。
2020年是我國新能源汽車市場化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，動力電池作為新能源汽車成本最高的核心零部件，其每一次技術(shù)革新都將引起整車性能、性價比的巨大突破，引起資本市場、用戶市場的快速響應(yīng)?；诙喾N電池技術(shù)路線的創(chuàng)新研發(fā)，對于解決電動汽車市場化面臨的里程焦慮、充電焦慮、成本焦慮等問題，有至關(guān)重要的作用。
為促進(jìn)行業(yè)技術(shù)交流、推動電池技術(shù)創(chuàng)新提速，百人會特別策劃本期“特約來稿”，面向高校及行業(yè)專家定向約稿，并將各方意見整理陸續(xù)發(fā)表。
