“電池技術(shù)革新確實是一個相對緩慢的事情?!?
“無鈷”電池掀起的洶涌浪潮所創(chuàng)造的宣傳效果,仿佛“新生活”就在眼前。但是,我們認真思考一下,對于“無鈷”這個概念,就會心生疑竇。
什么叫“無鈷”?磷酸鐵鋰也很“無鈷”的好吧!如果不界定清楚范圍,這個說法很容易把人帶偏。而特斯拉憑借強大的“帶貨能力”,將“無鈷”概念的火星點燃,“燎”起了一輪強關(guān)注,但是特斯拉打了個擦邊球就閃了。我們沒等著特斯拉,卻等來了蜂巢。
蜂巢能源科技公司5月18日搶先亮相了兩款無鈷電池。說起來很牛,這兩款電池使用了NMX無鈷材料,提供了高循環(huán)壽命、高安全性和高能量密度的技術(shù)優(yōu)勢。
第一款產(chǎn)品是是基于590模組的電芯設(shè)計,容量為115Ah,電芯的能量密度達到245wh/kg。由于是在通用化電芯尺寸設(shè)計基礎(chǔ)上完成,所以能夠搭載到目前大部分新的純電平臺上,并宣稱能夠?qū)崿F(xiàn)15年120萬公里質(zhì)保。而第二款是正在與長城合作開發(fā)的一款產(chǎn)品,是L6薄片無鈷長電芯,容量226Ah,通過矩陣式PACK設(shè)計,可以實現(xiàn)880公里的續(xù)航里程。
按照蜂巢能源董事長楊紅新介紹,兩款“無鈷”電池最早2021年6月能夠量產(chǎn)。無疑,如果這種技術(shù)正式落地的話,能真正跨越里程焦慮。不過,既然還有一年以上時間才能量產(chǎn),我們不妨來觀察一下,這個“無鈷”的含金量到底有多高?
“無鈷”如何做到
這次發(fā)布雖說無異于“亮劍”,但是細節(jié)方面還是要推敲一下。此外,我們不能忘記,寧德時代也有自己的“無鈷”技術(shù)儲備,這是寧德時代5月11日發(fā)布2019年業(yè)績時候透露的,但寧德時代還是比較謙虛,沒有講更多信息。
回頭來說,現(xiàn)在車企主要用的三元鋰電池為什么要用到鈷?做到“無鈷”難度在哪里?(提前交待一下,有些基礎(chǔ)的知識,比如鈷的儲量情況、NCM還是NCA、523/622/811啥的,請先自行百度一下哈,我們直接說重點。)
實際上,鈷的作用就是為了抑制鋰電池的“鎳鋰混排”現(xiàn)象。因為,如果發(fā)生“鎳鋰混排”現(xiàn)象,那么三元鋰電池里面的微觀結(jié)構(gòu)可能就徹底發(fā)生混亂,會導致電池壽命和容量大幅縮短,甚至發(fā)生其它危險。
除此之外,鈷還可以降低材料的阻抗值,提高材料電子電導率,改善倍率性能、降低電芯內(nèi)阻等等,原則上是不可替代的。而且,因為鈷太貴了,就算因為特斯拉的緣故大跌,電解鈷現(xiàn)在也要25萬元/噸,而且儲量少又架不住不斷增長的需求,所以特斯拉這種能狠心燒錢的主,才想著把鈷給去了。
那么,蜂巢是通過什么手段來達到“無鈷”的呢?
第一個,是陽離子摻雜技術(shù)。也就是通過提高材料的上限電壓,將能量密度提高40%(相比磷酸鐵鋰)。蜂巢說自己采用了“兩種化學鍵能更大的元素”來替代鈷,可以在4.3~4.35V高電壓下穩(wěn)定工作,能量密度提高而且成本降低。
第二個是單晶技術(shù)。單晶的顆粒強度更強,結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,耐壓力強度可以提高10倍。這么說吧,單晶電芯壽命可以比多晶高鎳三元高出70%。這次綜合來看,就像蜂巢能源市場總監(jiān)郝雷明確認的,是用了尖晶鎳錳酸鋰(LiNi0.5Mn1.5O4)做正極材料。
其實,之前就有很多人嘗試用包括尖晶鎳錳酸鋰LiNi0.5Mn1.5O4在內(nèi)的尖晶石錳酸鋰LiMn2O4、富鋰錳基Li2MnO3、鎳酸鋰LiNiO2等正極材料來替代鈷,不過大多數(shù)正極材料在高溫性能、能量密度和循環(huán)壽命上不如三元鋰電池。
第三個算是黑科技——納米網(wǎng)絡(luò)化包覆。通過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),有效改善高電壓下的材料循環(huán)性能。
但是,由于蜂巢對這三項技術(shù)沒有提供更多的細節(jié),我們只有等明年量產(chǎn)以后才能驗證。
還有一個非?,F(xiàn)實的匹配問題要解決,就像真鋰研究總裁墨柯說的,“鎳錳酸鋰材料最大的問題是目前還找不到與之匹配的電解液體系?,F(xiàn)有的六氟磷酸鋰電解液體系因為電壓不夠5伏會被分解,電池也會隨之失效。”蜂巢選擇鎳錳進行“無鈷”突破,匹配的難度應(yīng)該不會不考慮吧?
此外,我們從蜂巢的“技術(shù)創(chuàng)新曲線”上可以看出,到2022年“無鈷”電池的能量密度才能超過三元鋰電池,所以,我們不用期望太高。而且,2022年,真正的競爭對手會來。
“無鈷”還是“四元”?
要說“無鈷”是顛覆性技術(shù),恐怕談不上。為什么這么說?因為,“無鈷”從技術(shù)上來說難度很大。早就有國內(nèi)外專家說過,“鈷元素在三元材料中短期內(nèi)無法完全消除替代?!倍?,前瞻技術(shù)研發(fā)和量產(chǎn)落地是兩回事,畢竟NCM811電池都才剛開始應(yīng)用。
根據(jù)研究機構(gòu)EVTank最新的數(shù)據(jù),今年1~4月國內(nèi)三元鋰電池裝機量占比升至72.87%,而磷酸鐵鋰電池(LFP)進一步跌至22.93%,錳酸鋰電池(LMO)以及其他電池加起來占的比例不足5%。所以,三元鋰電池目前的地位還是非常穩(wěn)固的。
此外,2月份的一次業(yè)內(nèi)座談會上,行業(yè)人士也就特斯拉的“無鈷”說法進行了探討,并認為:
首先,特斯拉所講的“無鈷電池”大概率指的是磷酸鐵鋰(LFP),包括國外媒體也已經(jīng)確認過這件事。而且,就算特斯拉真的用“無鈷”正極材料鋰電池,年減少的鈷用量不過幾百噸。而2020年全球鈷消費量預(yù)計增長11%至14.8萬噸,2020~2025年期間預(yù)計保持7%左右的年均增速,因此特斯拉的技術(shù)路線變化,其實對鈷消費的整體影響相對有限。
其次,現(xiàn)階段國內(nèi)沒有一家企業(yè)可以實現(xiàn)真正意義的無鈷正極材料的批量化生產(chǎn)和銷售。而行業(yè)人士也認為,特斯拉選用磷酸鐵鋰主要是基于成本考慮,并不意味著三元電池的性能存在問題。換芯后,低配版Model
3預(yù)計電池成本將下降20%~30%,初期整車成本預(yù)計下降2萬元以上。這也意味著其售價會降到25萬元左右。
此外,我們不僅要看蜂巢這樣的國內(nèi)電池企業(yè)在做什么,也要看看它們的國際對手們在做什么。事實上,更多企業(yè)正在布局鎳鈷錳鋁(NCMA)“四元”鋰電池。而領(lǐng)軍的通用汽車,今年3月公布了自主研發(fā)的Ultium動力電池包。
Ultium應(yīng)該算是第一種將量產(chǎn)的NCMA四元鋰電池,通過加入鋁,可以將電池中的鈷含量降低約70%,這種電池包容量比傳統(tǒng)圓柱形電池包多20倍,續(xù)航里程可達到400英里(約650公里)或更高。而且,為順利實現(xiàn)推進產(chǎn)能建設(shè),通用汽車與LG化學合資23億美元(約合人民幣162億元)成立合資公司Ultium
Cells LLC,來進行聯(lián)合研發(fā)和生產(chǎn)。
而根據(jù)去年7月份的“蜂巢能源品牌戰(zhàn)略規(guī)劃及產(chǎn)品發(fā)布會”的內(nèi)容,蜂巢自己也在開發(fā)NCMA四元鋰電池的項目,但是還處于概念性階段,2018年9月蜂巢公司立項,當時預(yù)計2019年年底完成材料的前期開發(fā),2020年12月計劃完成材料的確定,并預(yù)計在2022年11月達到四元電芯商品化量產(chǎn)。從時間上來說,會比“無鈷”還要慢一些。
但不管怎么說,四元鋰電池一旦成功量產(chǎn),沖擊性還是很高的。電池組的成本也能降低很多,將會下降至100美元/kWh(約合694元/kWh),也就是真正能對抗燃油車成本的終極目標價格。這對于蜂巢發(fā)布的“無鈷”鎳錳酸鋰電池來說,可能是最重要的對手。
中國科學院物理研究所李泓博士說過,“電池是一個很復(fù)雜的體系,一個新材料的商業(yè)化,必須要所有配套材料同步革新,這本身就是一個相對復(fù)雜、長周期的開發(fā);而產(chǎn)品開發(fā)完成后,還有小試、中試、量產(chǎn),期間不斷修正也是一個漫長過程,因此,電池技術(shù)革新確實是一個相對緩慢的事情?!?
同樣我們來看蜂巢,雖然已經(jīng)完成了“無鈷”電池的技術(shù)攻關(guān),目前還只是一個“概念產(chǎn)品”,從過程來說,“無鈷”電池去年年底完成材料開發(fā)工作,今年3月完成材料體系優(yōu)化和4月的材料中試,發(fā)布會以后,要到8月體系定型,再經(jīng)過各種可靠性及性能等驗證之后,2021年11月實現(xiàn)無鈷電芯量產(chǎn),速度已經(jīng)算是相當快的了。
因此,“無鈷”電池的落地需要1~2年時間是毋庸置疑的,過于高調(diào)的宣傳會適得其反,我們在此之前還是應(yīng)該踏踏實實地做好基礎(chǔ)工作。再說,無論是“四元”電池還是“無鈷”電池,都不是最終的解決方案。我們可以看看蜂巢的技術(shù)發(fā)展曲線圖,最終它的目標還是要走到固態(tài)電池上去的。
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