據(jù)悉，一直以來，特斯拉Model 3基礎(chǔ)續(xù)航版使用的是寧德時(shí)代的磷酸鐵鋰電池，隨著特斯拉的爆發(fā)也直接助力了寧德時(shí)代裝機(jī)量的大漲。特拉斯可說是電池技術(shù)迭代的風(fēng)向標(biāo)公司之一。未來三分之二的特斯拉電池將使用磷酸鐵鋰，三分之一可能采用鎳電池。

市場(chǎng)認(rèn)為，磷酸鐵鋰和三元鋰電池雙頭并進(jìn)，放眼國(guó)際，都有巨大的量。特斯拉CEO馬斯克在近期財(cái)報(bào)發(fā)布會(huì)上表示，特斯拉未來將會(huì)逐步轉(zhuǎn)向采用磷酸鋰鐵電池的方案，從電池構(gòu)成上來看，未來三分之二的特斯拉電池將使用磷酸鐵鋰，三分之一可能采用鎳電池。

長(zhǎng)期以來特斯拉的技術(shù)路線都是以三元鋰電池為主，并希望替代三元鋰電池中鈷的成分，比如用鎳來替代鈷含量。今年2月，馬斯克就已經(jīng)暗示特斯拉將把一些電動(dòng)汽車的三元鋰電池?fù)Q成磷酸鐵鋰電池，并與寧德時(shí)代擴(kuò)大供應(yīng)協(xié)議，為Model Y標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航版車型提供磷酸鐵鋰電池。

特斯拉等廠商正在考慮用價(jià)格更為便宜的鎳來替代三元鋰電池中價(jià)格波動(dòng)較大的鈷。華安證券認(rèn)為，三元電池中鎳含量的提升，能夠顯著增強(qiáng)電池產(chǎn)品的能量密度；同時(shí)，相較于價(jià)格波動(dòng)性更明顯的鈷，鎳由于供應(yīng)分布廣泛且更易大量生產(chǎn)，高鎳低鈷電池的成本優(yōu)勢(shì)凸顯。

目前寧德時(shí)代、LG等電池供應(yīng)商也在同時(shí)開發(fā)高鎳三元鋰電池。在今年7月16日，蜂巢能源首款無鈷電池正式量產(chǎn)下線。蜂巢能源此次量產(chǎn)下線的無鈷電池是能量密度為240wh/kg、容量為115Ah-MEB的產(chǎn)品，后續(xù)將安裝在長(zhǎng)城歐拉櫻桃貓車型上。

據(jù)蜂巢能源技術(shù)人員介紹，這款電池相比一般三元鋰電池?fù)碛懈甙踩?、高能量密度、高循環(huán)壽命和低成本的核心優(yōu)勢(shì)。那什么是無鈷電池呢？下面就讓我來為大家揭秘。

01.什么是無鈷電池

無鈷電池顧名思義，從物質(zhì)結(jié)構(gòu)來說，只要是電池材料中不含鈷元素的電池，就可以稱為無鈷電池。

雖然磷酸鐵鋰電池中也不含鈷元素，但嚴(yán)格意義上來說，無鈷電池主要還是針對(duì)去除掉三元鋰電池中的鈷元素的電池?？吹竭@大家可能有點(diǎn)蒙圈了，直接不添加鈷不就好了，加了之后還要費(fèi)力氣給它去掉。

02.為什么電池要加入鈷

對(duì)于我們常用的鋰電池按照正極材料來分有下面幾種類型：有磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、三元鎳鈷錳（NCM）。其中鈷酸鋰、三元鎳鈷錳兩種電池是含有鈷元素的。在正極材料中添加鈷不但可以抑制“鎳鋰混排”的現(xiàn)象。

而且還可以降低材料阻抗值、提高材料電子電導(dǎo)率、改善倍率性能、降低電芯內(nèi)阻等。用我們熟悉的話講就是可以提高電池放電電流、提高充電功率、延長(zhǎng)電池壽命、增加電池安全性。可以說鈷全面地提高了三元鋰電池的性能。下面讓我從結(jié)構(gòu)上給大家細(xì)講。

三元鋰（NCM/NCA）由于材料性質(zhì)，在微觀狀態(tài)下是層狀結(jié)構(gòu)。鎳（Ni）元素則搭建了可以嵌入鋰離子的框架結(jié)構(gòu)，提升了電池的能量密度，成就了三元鋰電池最核心的優(yōu)勢(shì)容量。當(dāng)電池充電時(shí)，層狀結(jié)構(gòu)的三元鋰電池，由于鋰離子從正極中脫落，電池內(nèi)部開始變得不穩(wěn)定，原本儲(chǔ)存鋰離子的地方可能會(huì)被鎳元素“搶占”。

這樣導(dǎo)致電池放電時(shí)重新回到正極的鋰離子就“無家可歸”了，只能附著到原來鎳的地方，這種現(xiàn)象就稱為“鎳鋰混排”。而鈷元素由于材料性質(zhì)，它所搭建的框架更加穩(wěn)定，可以保證鎳元素隨時(shí)呆在自己應(yīng)該呆的位置，避免“鎳鋰混排”現(xiàn)象。

如果發(fā)生了“鎳鋰混排”現(xiàn)象，那么三元鋰電池里面的微觀結(jié)構(gòu)就可能徹底混亂，會(huì)造成電池容量下降、電池壽命縮短、還可能發(fā)生其它危險(xiǎn)。為了抑制這一現(xiàn)象，同時(shí)提高鋰電池性能我們?cè)谌囯姵刂刑砑恿蒜捲亍?/p>

03.為什么要無鈷電池

資源稀少，價(jià)格高

既然鈷有這么多好處，那為什么各大電池廠家都在絞盡腦汁地要去掉它？大家都知道物以稀為貴，地殼中鈷的平均豐度僅為0.0025%，不但分布分散，而且多為銅、鎳和鐵等礦種的伴生礦，其產(chǎn)量取決于相應(yīng)銅鎳礦的開采。

據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計(jì)，截至2019年底，全球已探明的鈷礦儲(chǔ)量?jī)H為700萬噸。幾年前，鈷的每千克的價(jià)格還不超過180元。但2017年第四季度以來，每千克鈷上漲到了420元左右。2018年，鈷的價(jià)格更是漲到了每千克650多元。

目前鈷的價(jià)格已經(jīng)非常昂貴，占動(dòng)力電池成本的10%左右。而一輛新能源車的三元鋰電池包，含鈷量可能就會(huì)達(dá)到10kg以上，如果不考慮回收和降低鈷用量的話，到2026年，就會(huì)出現(xiàn)“無鈷可用”的狀態(tài)。不但貴，供應(yīng)不穩(wěn)定

貴也就算了，大不了多花錢買唄。剛果（金）既是全球鈷資源儲(chǔ)量最多的國(guó)家，也是鈷產(chǎn)量最高的國(guó)家，貢獻(xiàn)了全球約70%的鈷產(chǎn)量。但其最近幾年動(dòng)蕩的政局影響著鈷產(chǎn)量與價(jià)格，有時(shí)花錢也買不到。

反觀國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，我國(guó)的鈷礦量?jī)H為8萬噸，占比僅為1.14%，在世界上根本排不上號(hào)，但卻是世界上最大的鈷消費(fèi)國(guó)，對(duì)外依存度達(dá)到80%以上。鈷不但在新能源汽車行業(yè)需要，而且在航空航天等諸多領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，是典型的戰(zhàn)略資源。能量提升的需要

既然貴，供應(yīng)還不穩(wěn)定那就去掉吧，不過用什么代替呢？之前我們提到過三元材料里面還有鎳，這種材料在電池正極構(gòu)成存儲(chǔ)鋰離子的籠子，含量越高越有利于電池容量的提升，而隨著鎳含量的增高，鈷的含量就相應(yīng)下降了。

在追求更高的能量密度的電池浪潮下，使用更高的含鎳量的三元材料是目前業(yè)內(nèi)的共同的發(fā)展趨勢(shì)，代表了產(chǎn)業(yè)升級(jí)的方向。追求容量提升和減少鈷的用量不謀而合。

04.無鈷電池怎么來的

從動(dòng)力電池中去除了鈷元素，理論上講可行，但實(shí)際上難度很大。去除了鈷后，正極材料會(huì)變成二元鎳錳酸鋰或四元材料鎳鈷錳鋁（NCMA）聚合物，材料的組分會(huì)發(fā)生很大改變，但框架結(jié)構(gòu)保持不變。

目前，LG化學(xué)、松下等電池巨頭還無法量產(chǎn)無鈷電池。之前說過鈷在電池材料中主要起著穩(wěn)定框架結(jié)構(gòu)的作用，在去除鈷之后，如何穩(wěn)定電池的結(jié)構(gòu)？為此，蜂巢能源提出了陽離子摻雜和單晶技術(shù)。什么是陽離子摻雜技術(shù)呢？在正極材料的制作時(shí)，將與氧化學(xué)鍵鍵能高的陽離子摻雜到晶體結(jié)構(gòu)中去，加強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這樣有利于電池充滿電后脫鋰的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

那么什么是單晶技術(shù)呢？目前量產(chǎn)的三元鋰電池正極材料大多是由納米級(jí)別的一次顆粒團(tuán)聚形成的，10微米左右的二次球型多晶材料。多晶的本質(zhì)就是大量的小單晶的集合體。打個(gè)比方，白砂糖和單晶冰糖都是蔗糖，白砂糖可以認(rèn)為是多晶材料，單晶冰糖則可以認(rèn)為是單晶材料。

單晶材料比傳統(tǒng)的球形多晶顆粒具有更高的顆粒強(qiáng)度，有利于改善安全性和循環(huán)性能。通過陽離子摻雜和單晶技術(shù)的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的突破，蜂巢能源量產(chǎn)了無鈷電池。

05.無鈷電池的優(yōu)勢(shì)

能量密度高于磷酸鐵鋰

無鈷電池的能量密度與三元鋰電池相當(dāng)，與磷酸鐵鋰電池相比具有高能量密度的優(yōu)勢(shì)。本次量產(chǎn)下線的無鈷電池能量密度達(dá)到了240wh/kg。成本下降

不止如此，由于無鈷電池去掉了有著價(jià)格原罪的鈷元素，與三元鋰電池相比成本有明顯下降，只會(huì)比磷酸鐵鋰電池高一點(diǎn)。相比三元鋰電池更安全

至于安全性方面，蜂巢能源表示無鈷電池在安全上優(yōu)于傳統(tǒng)三元鋰電池，與磷酸鐵鋰電池表現(xiàn)類似。舉例來說，無鈷電池可以輕松通過150℃的熱箱試驗(yàn)，而傳統(tǒng)三元鋰電池一般情況下只能通過130℃的熱箱。意義

行業(yè)層面來說無鈷電池不但可以降低貴金屬鈷元素的使用，降低材料和電池的成本，而且可以提升電池能量密度。從國(guó)家層面來說，鈷作為稀有資源，面臨的價(jià)格高、資源少、受牽制的風(fēng)險(xiǎn)。無鈷電池可降低新能源行業(yè)對(duì)鈷的需求，降低國(guó)家的資源風(fēng)險(xiǎn)。

但是對(duì)于我們終端用戶、普通消費(fèi)者來說，在保證電池性能的同時(shí)，還能降低購買的成本，才是最大的福音。在成本、安全性、性能，三大方面有著優(yōu)勢(shì)的無鈷電池，確實(shí)是鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向。

編輯：jq