发布日期 2020-05-22

为什么电动汽车电池要把“钴”当成敌人一样看待?

原标题:为什么电动汽车电池要把“钴”当成敌人一样看待?

降低电池中的钴含量,业界正朝着这一方向努力。路线选择更加丰富,技术突破更有可能,这是行业的幸事。

只是,对于无钴电池的认知,媒体与业界存在一定的割裂。总有一些声音喜欢鼓吹无钴电池的颠覆力,反而误导人们对于新技术的期待。客观、理性,这才是观察者该有的态度。

“无钴电池”的概念太火了。

最开始,燃起了第一把火。特斯拉放出消息称,他们将采购宁德时代的“无钴电池”。当时很多观点认为,此无钴,其实是磷酸铁锂电池。

不久后,比亚迪再添一把火,他们推出了“刀片电池”,本质上仍是磷酸铁锂电池,但电池容量有所提升,成本大幅降低。

5月11日,宁德时代发布2019年业绩说明会,除磷酸铁锂外,还一直有“无钴电池”的技术储备,更多消息可能要等到特斯拉“电池日”做揭晓了。

5月18日,蜂巢能源开了一场发布会,也与“无钴”有关,推出了两款电池产品,分别是115Ah电芯和L6薄片长电芯。

但是,“无钴电池”的定义准确吗?我们该如何正解“无钴电池”?

媒体为何热衷于炒热“无钴电池”?

锂离子电池一般以正极材料来命名。我们耳熟能详的三元锂电池,其正极材料使用了镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂。这正是“三元”的含义。

其中,钴是一个很关键的成分。但是,钴在全球的储备量有限,近几年的价格波动也很剧烈。况且,我国“贫钴”,如果可以降低动力电池中的钴比例,也具有一定的战略意义。

所以,业界一直在努力降低“三元锂电池”中的钴比例。

之前,有人站出来说,我们实现“无钴”了,的确令业界振奋。

但如果实现无钴的途径是“换道”磷酸铁锂电池,这其实是不成立的。因为三元锂电池和磷酸铁锂电池是并行的两条路线。

如果磷酸铁锂可以被称为“无钴电池”,那么,三元锂电池是不是也可以被称作“无铁电池”?

事实上,除了三元锂电池和磷酸铁锂电池之外,动力电池还有“第三条路线”可选,即锰酸锂系列。

从5月18日蜂巢能源的发布会来看,他们主攻的电池产品正是镍锰酸锂电池。就电池本身而言,这不是一项新技术。毕竟,早在20年前,业界对这一技术已有研究,也有车用。只是,蜂巢能源对这一技术进行了深度优化。

镍锰酸锂电池属于锰酸锂系列,化学式为LiNi0.5Mn1.5O4,是由Ni取代锰酸锂(化学式LiMn2O4)中的部分Mn形成的,与锰酸锂有着同样的晶体结构。我们能够见到的纽扣电池用的也是这种正极材料。

蜂巢能源选择锰酸锂路线,并没有问题,因为这本就是一种路线选择。

但是,“无钴电池”的称谓被部分媒体滥用了,其实在无形中“贬低”了三元锂电池。

甚至,由此说三元锂电池行将作古,那就更没有必要了。彼此都是路线选择,只有放在市场中直接对决,才能分出高下。

镍锰酸锂电池值得期待吗?

我们特意查找了蜂巢能源申请过的专利,申请日期是2019年1月22日,申请号为201910059236.5,专利名称为“锂电池用正极材料及其制备方法和应用”,配合发布会的一些关键信息,对于技术的理解会更加准确。

在背景技术中,蜂巢能源提到,他们主攻的技术方向是高镍正极材料。为什么要选择高镍氧化物呢?主要因为钴氧化物的价格比较高,而高镍氧化物价格更低,电池容量也可能更高。

正如同选择磷酸铁锂路线一样,当结构优化之后,相同体积下,磷酸铁锂电池的能量还可以再提高30%以上,价格也相对低廉,在新能源补贴大幅退坡时被再度重视。

那么,采用高镍正极材料会遇到什么挑战呢?主要在于高镍氧化物合成时会有锂杂质留在表面,而该杂质可能会与二氧化碳或水发生反应,由此形成碳酸锂,反而阻碍锂离子的自由移动。

蜂巢能源的解决方案是,在正极材料中,掺杂某几类元素,形成层状结构复合氧化物,并且在其表面增加硼包覆层。

不过,考虑到专利保护,蜂巢能源并没有指明具体掺杂了哪几种元素,以及相关比例,但是划定了一个范围。

在发布会上,蜂巢能源具体解释了“掺杂元素”的效果。原理描述如下,其一,通过掺杂无未成对的电子自旋特定元素,减弱电子超交换的现象,降低Li/Ni元素的混排,从而提高导电性能;其二,通过掺杂M-O键能大的元素,减缓晶体在充放电过程中体积的变化,起到稳定结构的作用。

也就是说,蜂巢能源的研发重心在于正极材料,也有想法亲自下场搞定正极材料,并非依靠上游直接供给,其产业链的触手要往前走一步,深度参与,拿下更多的利润。

这也是一种趋势。如果原材料价格波动剧烈,将不利于电池厂商对于技术成本的研判,所以,不妨直接介入原材料,从矿山到电池包,一条龙打通,每个环节都有参与,话语权、利润都可以掌握在自己手中。

此前,宁德时代与矿业巨头嘉能可达成的钴供应大单,同样也是源于此。

正极材料的优化是一方面,蜂巢能源更值得期待的,其实是它的制造工艺。当然,这是一个相辅相成的结果。

按照发布会上的说法,蜂巢能源使用叠片工艺,并非传统的卷绕工艺。这么设计,可以有效提高方形电芯内部的空间利用率,而且叠片结构的平整度更好、应力更均匀,膨胀变形也会更小。

至于PACK端,蜂巢能源将电池包划分为两个矩阵网络,将长形薄片的电池体进行规则排列,由此在电池包内部形成矩阵模块。

结构优化方向,仍是“长形、规则”,与比亚迪“刀片电池”的思路相仿。但其实为了提升能量密度、增加散热面积,将电芯做薄、做长是大趋势。

矩阵化之后,电池的体积能量密度有望提升,还可以节省一些材料成本,长形薄片也有利于电池散热,并且由于形状规则,多个电芯可以分散撞击力,保证一定的刚性安全。

发布会上,蜂巢能源SHOW出的工厂智能化水平,其实更值得期待,这可能是中国自主力量该有的实力。

最后公布的两款电池数据,我们做了截图。

关键点是,首款量产电池最早于明年6月下线,第二款电池可达到135度电容量,续航里程880公里,合作方来自于长城汽车,保持期待。

写在最后

动力电池的未来,本就有着不同的路线选择。之前对能量密度过于看重,所以三元锂电池的声量更大。如今,行业内对动力电池的性能评价更加全面,在成本、安全、稳定性等的综合考量下,技术路线选择也更加丰富。

经过结构优化,磷酸铁锂电池再次被重视,其成本优势也就体现出来了。至于,镍锰酸钾电池,其实也是另一条路线选择。

有一个共同点是,大家都在结构优化上投入了很多精力。比如,宁德时代的CTP技术,比亚迪的“刀片电池”结构,以及蜂巢能源的长形电池、矩阵模块,甚至也有CTP技术的储备。

大趋势几乎已确定,最终就看各家落地的产品了。

所以,作为行业观察者的媒体,没有必要刻意鼓吹某一种选择。客观、理性,这才是该有的态度。

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