誰是“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”，價格飆升至60萬元/噸。2016年之時，鈷價才12萬元/噸。直到今天，鈷價依舊維持在24萬元/噸。天價鈷讓汽車電池企業(yè)成本壓力巨大，“鈷奶奶”稱號便在業(yè)內(nèi)流傳開來。
為了“降鈷”，各大動力電池企業(yè)各出奇招，鈷含量也從最早的59%，逐步降低至7%。不過，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，長城汽車旗下獨立出來的動力電池供應(yīng)商，自詡為鋰電新勢力的蜂巢能源，推出“薄片無鈷電池”，欲掀起一場動力電池行業(yè)的“無鈷”大戰(zhàn)。
■ 動力電池為何要“去鈷”？
20年前，學(xué)界就曾發(fā)布相關(guān)論文，探討無鈷電池的未來前景。誰曾想，20年后動力電池“去鈷”竟然會成為共識。那么，為何要“去鈷”？對廣大消費者而言，動力電池“去鈷”或許沒有概念，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，物以稀為貴，更令人難受的是，這種稀缺還會是常態(tài)。鈷元素符號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%，全球陸地鈷的儲量約為710萬噸，分布區(qū)域也十分集中，52%的鈷儲量在剛果(金)。
也就是說，本來就不豐富的鈷元素，還主要分布在政治局勢相對動蕩的國家，鈷價高企是一種必然。此外，強(qiáng)大的利益驅(qū)動背后，隱藏著鮮血與罪惡。有媒體報道，剛果（金）大量鈷礦礦主非法使用童工，孩子們備受欺凌，生命安全時常受到威脅。我們使用的手機(jī)電池、動力電池，或許背后就是非洲兒童被踐踏的生命與尊嚴(yán)。
鈷在動力電池中的地位又十分重要。我們知道，動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，國內(nèi)NCM三元鋰電池裝機(jī)量占比升至72.87%。
動力電池正極材料中，鈷金屬成本就占據(jù)30%；一輛特斯拉電動車，含鈷金屬重量為13.68kg。經(jīng)過測算，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。
中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長王子冬也坦言，電動車發(fā)展在延續(xù)鋰電池技術(shù)路線的時候，出現(xiàn)熱失控、內(nèi)短路等諸多問題。與此同時，資源方面也日漸緊促，鈷價格從8萬/噸漲到最高60萬/噸，因此大家都在努力“去鈷”。
“保鈷”還是“去鈷”，整個行業(yè)也已經(jīng)研究多年。正如南都電源鋰電池技術(shù)研究院副院長李小平所言，去掉鈷元素主要是從成本角度來考慮。鈷金屬價格高企，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。簡而言之，降成本是目的，“去鈷”只是過程。
■ 兩條動力電池“去鈷”方案
“去鈷”也并非動力電池行業(yè)新鮮事。蜂巢能源總經(jīng)理楊紅新指出，為打破有限資源的限制，科學(xué)家們在電池材料中減少鈷元素的努力從未停止過。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)把動力電池?zé)o鈷方案劃分為兩個方向：第一個是采用傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池方案。第二個是無鈷電池材料方案。
比亞迪“刀片電池”磷酸鐵鋰的無鈷電池路徑，在安全性和電池壽命方面優(yōu)勢突出。刀片電池利用形狀特點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)百萬公里以上。
寧德時代推出的CTP（Cell To Pack）技術(shù)，則通過省去電池模組，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。數(shù)據(jù)顯示，寧德時代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鈷電池方案。
“蜂巢的無鈷材料是實實在在的，是在鎳錳鈷三元材料中去除了鈷元素?！狈涑材茉磩t認(rèn)為，新型無鈷材料電池，才能算作真正的“無鈷電池方案”。日前，特斯拉官方也透露同樣的觀點：“請大家留意四月（可能推遲到六月）特斯拉電池發(fā)布會，無鈷，不代表一定是磷酸鐵鋰?！?
按照蜂巢能源說法，他們發(fā)布的全新薄片式的“無鈷電池”能夠解決三大痛點，通過單晶無鈷材料技術(shù)、疊片電芯設(shè)計技術(shù)、矩陣PACK設(shè)計技術(shù)，以及車規(guī)級AI制造的加持，可以實現(xiàn)整車?yán)m(xù)駛里程高達(dá)880公里，超過15年120萬公里的壽命，以及更加安全可靠。
■ “無鈷電池”還需后續(xù)劇情
那么，蜂巢能源的無鈷電池究竟如何？這其中不乏贊許與質(zhì)疑。不過總體認(rèn)為，動力電池“少鈷”甚至“無鈷”確已成為研發(fā)方向。
但是，“去鈷”并不是一件簡單的事情。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)，減小陽離子混排，提高放電容量；錳則主要負(fù)責(zé)電池充放電過程中的穩(wěn)定性。
“從蜂巢能源無鈷電池展示的數(shù)據(jù)來看，確實可圈可點?！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，陽離子摻雜技術(shù)就是采用與氧化學(xué)鍵鍵能高的陽離子摻雜到晶體結(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，無鈷電池從材料角度來說，也并不算太大的創(chuàng)新。無鈷電池需要解決的材料擋電性問題，快充問題，以及電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題。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、特斯拉甚至對外宣稱，目前三元電池鈷含量可降到3%，不過迄今為止還沒有繼續(xù)降到0%。短期內(nèi)，鈷元素還是很難被替代，絕對“無鈷”電池技術(shù)還不夠成熟。
再則，回歸到動力電池“去鈷”初衷，降本才是最終目的。發(fā)布會上，蜂巢能源并未公布其無鈷電池方案的最終成本。誠然，“無鈷電池”不再受制于鈷金屬資源和鈷價的限制，但是研發(fā)成本、加工工藝成本方面會提升多少？未來是否會間接轉(zhuǎn)化到消費者身上？我們目前不得而知，而這也是業(yè)內(nèi)質(zhì)疑的問題。
編輯總結(jié)：
根據(jù)規(guī)劃，2025年中國新能源汽車新車銷量占比達(dá)25%。另據(jù)預(yù)測，2035年全球新能源汽車的市場滲透率將達(dá)到50%。企業(yè)發(fā)力無鈷電池，在戰(zhàn)略上具有前瞻性，將使動力電池不再受制于鈷元素。從理論上來說，三元動力電池?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)布的兩款無鈷電池，均計劃在2021年下半年量產(chǎn)。那么，究竟能實現(xiàn)多大的降本比例，未來量產(chǎn)的情況又會如何，我們還需要持續(xù)關(guān)注。（文/汽車之家 李爭光）
