近年來(lái),“高鎳低鈷”成為三元鋰電池的發(fā)展趨勢(shì),車企和動(dòng)力電池企業(yè)在降低鈷元素比例方面也在不斷地進(jìn)行研發(fā)和突破。從最早的鈷酸鋰中的59%,到目前普遍應(yīng)用的NCM523中的12%,再到下一代NCM811中的7%,正極材料中的含鈷比例一直在降低。直到今天,已有企業(yè)能夠?qū)⑩捄繙p到0,即真正做到鎳錳鈷三元材料不含鈷,它就是本土動(dòng)力電池新星——蜂巢能源。
圖片來(lái)源:蜂巢能源官方
5月18日,蜂巢能源正式對(duì)外推出兩款無(wú)鈷電池新產(chǎn)品:115Ah和L6薄片無(wú)鈷長(zhǎng)電芯,成為全球首家成功研發(fā)出無(wú)鈷電池的企業(yè)。
據(jù)蜂巢能源官方信息,115Ah能量密度達(dá)到245wh/kg,匹配590標(biāo)準(zhǔn)模組,能夠搭載到目前大部分新的純電平臺(tái)上,這款產(chǎn)品的電池包在整車端,能夠?qū)崿F(xiàn)15年120萬(wàn)公里的質(zhì)保;L6薄片無(wú)鈷長(zhǎng)電芯容量為226Ah,目前正在與長(zhǎng)城汽車的一款高端車型做適配開發(fā),預(yù)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)880公里的續(xù)航。根據(jù)規(guī)劃,115Ah將在2021年6月份推向市場(chǎng);L6計(jì)劃在2021年下半年推向市場(chǎng)。
圖片來(lái)源:蜂巢能源官方
續(xù)航880KM的無(wú)鈷電池威力何在?
對(duì)當(dāng)下的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)而言,蜂巢能源無(wú)鈷電池的推出無(wú)疑是一項(xiàng)重大突破。
一直以來(lái),動(dòng)力電池的安全性、續(xù)航里程和使用壽命都是橫亙?cè)谛履茉雌嚠a(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中的三座大山。當(dāng)前國(guó)內(nèi)新能源汽車動(dòng)力電池主要以鋰電池為主,一種是以鎳鈷錳(NCM)、鎳鈷鋁(NCA)為主要材料的三元電池,另一種則是磷酸鐵鋰電池。前者能量密度高,續(xù)航能力強(qiáng),但是不得不在安全和使用壽命上做出一定讓步;后者安全性較好但是續(xù)航里程不盡人意,雖然可以通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新來(lái)增加容量,但是增加重量帶來(lái)的電耗也將隨之增加。
蜂巢能源無(wú)鈷電池則兼具高安全、高能量和高壽命的特點(diǎn)。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示,蜂巢能源無(wú)鈷電池的循環(huán)壽命在DOD為92%時(shí)為2500個(gè)循環(huán),優(yōu)于高鎳三元電池;同時(shí),與高鎳三元電池相比,蜂巢能源無(wú)鈷系統(tǒng)增加了Mn的含量并顯著提高了安全性;此外,長(zhǎng)續(xù)航性能支持單次充電可達(dá)到880公里的續(xù)航,比比亞迪新近推出的刀片電池更長(zhǎng)。
目前,在國(guó)內(nèi)已經(jīng)量產(chǎn)的純電車型中,NEDC續(xù)航最高的為706公里,而達(dá)到600公里的也只有5款,其它都在600公里以下??梢灶A(yù)見,蜂巢能源無(wú)鈷電池一旦實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)裝車,勢(shì)必將大大降低消費(fèi)者對(duì)新能源汽車的里程焦慮。
與此同時(shí),對(duì)整車廠而言,蜂巢能源無(wú)鈷電池可降低其對(duì)鈷價(jià)變化的敏感性,有利于預(yù)期管理,控制成本。
眾所周知,鈷作為一種稀缺金屬,是當(dāng)下鋰電池正極材料中的重要組成部分,然而受儲(chǔ)量小,主要出產(chǎn)地剛果金政治不穩(wěn)定,供需失衡等多種原因,鈷資源無(wú)法支撐起新能源汽車的無(wú)限發(fā)展空間。
今年年初,特斯拉宣布最新一代高鎳電池鈷含量會(huì)進(jìn)一步降至3%以下,客觀上已經(jīng)相對(duì)“無(wú)鈷”。在業(yè)界看來(lái),特斯拉“去鈷”核心在于變被動(dòng)為主動(dòng),降鈷后,特斯拉將不再受制于鈷價(jià)大幅波動(dòng)對(duì)整體成本造成太大影響,可以對(duì)單車成本做預(yù)期管理,降低對(duì)鈷價(jià)巨幅波動(dòng)的敏感性。
且更為重要的是,隨著新能源汽車補(bǔ)貼政策的逐步退坡,降低電池成本同樣成為行業(yè)發(fā)展的重要考量因素。在實(shí)現(xiàn)電池性能進(jìn)一步突破的同時(shí),將占據(jù)正極成本30%的鈷材料去除,更有利于企業(yè)成本控制。
基于以上,也就不難理解國(guó)內(nèi)外的主流動(dòng)力電池企業(yè)為何紛紛將低鈷和“無(wú)鈷化”作為下一代動(dòng)力電池技術(shù)的研發(fā)方向,只不過(guò)蜂巢能源走在了前列。
蜂巢能源如何占得先機(jī)?
在動(dòng)力電池市場(chǎng),蜂巢能源算得上是一家新勢(shì)力。這家成立于2018年的企業(yè),為何能在短時(shí)間內(nèi)取得如此大的突破?
對(duì)此,蜂巢能源的答案是,蜂巢能源前身是長(zhǎng)城汽車的動(dòng)力電池事業(yè)部,于2018年從長(zhǎng)城汽車完全剝離出來(lái),早在2012年蜂巢能源就開始展開電芯的預(yù)研工作,為了將無(wú)鈷材料推向量產(chǎn)應(yīng)用,蜂巢能源投入了海量的研發(fā)資源,進(jìn)行了大量的分析測(cè)試。
“為了使無(wú)鈷材料走到規(guī)?;瘧?yīng)用階段,我們通過(guò)多種復(fù)合技術(shù),顯著改善了無(wú)鈷層狀材料的鎳鋰離子混排問(wèn)題以及循環(huán)壽命的問(wèn)題。”
蜂巢能源總裁楊紅新強(qiáng)調(diào)稱,實(shí)現(xiàn)突破無(wú)鈷技術(shù)瓶頸,有三項(xiàng)技術(shù)極為關(guān)鍵,分別是陽(yáng)離子摻雜技術(shù)、單晶技術(shù)和納米網(wǎng)絡(luò)化包覆。
據(jù)介紹,蜂巢陽(yáng)離子摻雜技術(shù)采用兩種化學(xué)鍵能更大的元素?fù)诫s到材料中替代鈷,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,大幅改善了材料的穩(wěn)定性,可以在4.3-4.35V電壓下穩(wěn)定工作,實(shí)現(xiàn)能量密度比磷酸鐵鋰提高40%。
單晶技術(shù)則可以改善電池的安全性和壽命。電池在極片制作過(guò)程中,為了在有限的殼體空間內(nèi)加入更多的活性材料,要經(jīng)過(guò)高強(qiáng)度輥壓。與多晶材料相比,單晶材料在輥壓過(guò)程中具有更強(qiáng)的顆粒強(qiáng)度和更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),耐壓力強(qiáng)度可以提高10倍。正是這種穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu),為無(wú)鈷材料帶來(lái)超長(zhǎng)的使用壽命,電芯壽命可以比多晶高鎳三元高出70%。
在無(wú)鈷材料的合成過(guò)程中,蜂巢能源還采用了納米網(wǎng)絡(luò)包覆技術(shù),即在單晶表面包覆一層納米氧化物,可以減少正極材料與電解液的副反應(yīng)。該技術(shù)可有效改善高電壓下的材料循環(huán)性能。
正是在上述三大黑科技的加持下,蜂巢能源在無(wú)鈷材料的開發(fā)中大獲成功,也為徹底解決動(dòng)力電池安全、續(xù)航、壽命3大痛點(diǎn)點(diǎn)燃了希望。
不過(guò),楊紅新坦言,材料開發(fā)的成功是時(shí)代賦予蜂巢人的歷史機(jī)遇,要想將無(wú)鈷材料的性能充分應(yīng)用到電動(dòng)汽車上,還需要有卓越的電芯設(shè)計(jì)、PACK設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。
資料顯示,蜂巢能源是疊片電池品類開創(chuàng)者。使用疊片設(shè)計(jì)的電芯,可以有效提高方形電芯內(nèi)部的體積空間利用率,層狀結(jié)構(gòu)可以使極片的平整度更好、應(yīng)力更均勻、膨脹變形更小。該設(shè)計(jì)可以使無(wú)鈷電芯在能量密度方面再提升5%、循環(huán)壽命上再提升10%。
另外,蜂巢能源采用的矩陣PACK設(shè)計(jì)能夠更好地降低PACK非增值件的重量,在保證安全性的前提下能夠做到80%的成組效率(傳統(tǒng)模組的PACK水平在72%,VDA電芯CTP做到75%),而且給熱管理帶來(lái)變革,能夠改變傳統(tǒng)電芯單一地面冷卻形式,通過(guò)上下雙層冷卻達(dá)到更精準(zhǔn)控制電池溫度的效果,相對(duì)傳統(tǒng)PACK提升冷卻效果40%,低溫加熱達(dá)到60~70℃/h,溫度控制在25~35℃之間,溫差控制在5℃以內(nèi)。
電池產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)眾多,想要做出品質(zhì)上乘的成品,還離不開精密嚴(yán)格的生產(chǎn)水平。為此,蜂巢能源斥巨資在江蘇金壇建立了中國(guó)首個(gè)“車規(guī)級(jí)AI智能電池工廠”,并采用超高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。
在疊片電芯設(shè)計(jì)、矩陣PACK設(shè)計(jì)和車規(guī)級(jí)AI智能電池工廠等條件的綜合作用下,蜂巢能源無(wú)鈷電池得以順利推出,也為其高安全、高能量和高壽命性能做出了可靠保證,期待這一全新的動(dòng)力電池產(chǎn)品早日量產(chǎn)裝車。
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