當(dāng)補(bǔ)貼逐漸失去效用，電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入價(jià)格戰(zhàn)時(shí)，整車(chē)和動(dòng)力鋰離子電池都出現(xiàn)了一些新動(dòng)向：

比亞迪漢EV600km，小鵬P7706km，威馬Maven概念車(chē)800km……中高端電動(dòng)汽車(chē)的長(zhǎng)續(xù)航牌在新車(chē)上體現(xiàn)的淋漓盡致。

整車(chē)?yán)m(xù)航競(jìng)爭(zhēng)的核心是動(dòng)力鋰離子電池。

蜂巢能源、特斯拉的無(wú)鈷電池和CTP辦法，比亞迪的刀片電池結(jié)構(gòu)……這些近日炒得火熱的動(dòng)力鋰離子電池新概念，成績(jī)整車(chē)的長(zhǎng)續(xù)航、降本和安全，成為整車(chē)競(jìng)爭(zhēng)的核心之一。

不是少鈷，而是真0鈷

無(wú)鈷電池的概念在近幾年一直是各大電池廠(chǎng)的口頭熱詞?；旧希姵貜S(chǎng)都認(rèn)可，動(dòng)力鋰離子電池少鈷化或者無(wú)鈷化，是行業(yè)技術(shù)一大趨勢(shì)，也是必然。

今年，出現(xiàn)了一些無(wú)鈷電池商業(yè)上的炒作，將無(wú)鈷電池與磷酸鐵鋰離子電池劃等號(hào)的說(shuō)法。這無(wú)疑是玩了一把文字游戲，倒回去找辦法。

從正極材料源頭直面無(wú)鈷問(wèn)題，特斯拉、蜂巢能源采取的辦法是從少鈷走到0鈷。

少鈷電池組含高鎳三元NCM811，NCM90，以及四元電池NCMA。不少電池廠(chǎng)都為要怎么樣實(shí)現(xiàn)無(wú)鈷電池的量產(chǎn)殫精竭慮。

特斯拉低鈷（3%）材料已量產(chǎn)，用于Model3。第二代無(wú)鈷材料也在加快開(kāi)發(fā)，預(yù)計(jì)將來(lái)兩年內(nèi)使用到電芯中。

蜂巢能源與LG化學(xué)采取的少鈷電池策略是將NCM和NCA相結(jié)合，即將鋁摻雜到原始NCM電池正極材料中，開(kāi)發(fā)NCMA四元電池，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

接下來(lái)，蜂巢的無(wú)鈷電池將于2021年SOP，將正極材料中的鈷含量減到0，徹底去除鈷。

從少鈷到無(wú)鈷的開(kāi)發(fā)，電池公司和主機(jī)廠(chǎng)都在一點(diǎn)點(diǎn)試探鈷含量的底線(xiàn)，確保新電池能夠在拔高性能時(shí)盡可能地平衡能量密度、安全、壽命和成本。

鈷元素在正極材料中緊要有兩大用途：1、減少鋰鎳混排；2、抑制充放電過(guò)程中的相變，提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

倘若減少鈷的用量，提高鎳的含量，會(huì)導(dǎo)致鋰鎳混排，從而造成鋰的析出，并且無(wú)法抑制鎳的相變，降低循環(huán)性能。因此，鈷含量少的NCM811電池有著安全性差及循環(huán)壽命衰減較快的問(wèn)題。

于是，電池公司在高鎳三元電池中摻入第四元素，它使得晶粒之間的邊界強(qiáng)度加強(qiáng)，減少了有害相變轉(zhuǎn)變的微隙，讓材料結(jié)構(gòu)和反應(yīng)變得更加穩(wěn)定。

這是不是意味著，考慮到鈷在減少鋰鎳混排上的關(guān)鍵用途，它仍是高鎳動(dòng)力鋰離子電池的非得元素呢？

特斯拉JefferyDahn研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，高鎳含鈷電池中少量的鈷用途很小，或幾乎沒(méi)有。

Dahn團(tuán)隊(duì)研究了摻雜Al、Co、Mn、Mg（摻雜量為0.05和0.1）對(duì)鎳酸鋰電化學(xué)性能、結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的影響。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)聲明：1、用Al和Mg替代Co元素同樣能夠獲得非常低的Li/Ni混排率，這聲明Co元素有關(guān)抑制Li/Ni混排并不是非得的；2、摻雜Mg和Al都能抑制高鎳材料的H2-H3相變，從而改善循環(huán)壽命；3、摻雜Mg和Al、Mn的無(wú)鈷高鎳材料可以抑制正極和電解液的副反應(yīng)，安全性也好于高鎳含鈷材料。

也就是說(shuō)，找到改善無(wú)鈷層狀材料的鎳鋰離子混排問(wèn)題以及循環(huán)壽命，實(shí)現(xiàn)化學(xué)鍵穩(wěn)定的技術(shù)，可以完全無(wú)鈷。

無(wú)鈷電池開(kāi)發(fā)到了什么程度？

今朝，蜂巢能源、特斯拉正在將無(wú)鈷電池從理論變?yōu)閷?shí)際。兩相比較之下，特斯拉多在理論階段，且有妥協(xié)的打算，蜂巢的無(wú)鈷產(chǎn)品經(jīng)過(guò)安全探測(cè)，兩款產(chǎn)品將于明年SOP。

特斯拉CEO馬斯克2018年在推特上宣示，下一代動(dòng)力鋰離子電池將是無(wú)鈷電池。此后它在采用少鈷的NCA電池時(shí)，內(nèi)部展開(kāi)Roadrunner項(xiàng)目，與學(xué)術(shù)動(dòng)力鋰離子電池研究團(tuán)隊(duì)合作探索不同高鎳-摻雜體系下的正極材料。

今年二月，路透社一篇有關(guān)特斯拉采用寧德時(shí)代無(wú)鈷電池的報(bào)道，立刻吸引了行業(yè)的關(guān)注。經(jīng)過(guò)挖掘，它采用的是后者的磷酸鐵鋰離子電池，真正的無(wú)鈷電池將在其五月份電池日上公布。

然而，近日路透社的另一篇報(bào)道仿佛暗示著特斯拉電池日不會(huì)公布無(wú)鈷電池，重點(diǎn)將為基于NCM523的長(zhǎng)壽命電池?？紤]到鈷材料的回收，特斯拉延遲無(wú)鈷電池的公布。

若消息屬實(shí)，無(wú)鈷電池的研發(fā)和量產(chǎn)很有可能將始于蜂巢能源。

蜂巢的無(wú)鈷電池建立在探索、發(fā)展了20年的鎳錳酸鋰材料上。

早在2000年，T.Ohzuku等學(xué)者就發(fā)表了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的層狀材料LiNi0.5Mn0.5O2的文章，從理論上證明了鎳錳酸鋰是一種有前景的材料。

Ohzuku教授是鋰電范疇的大師，在NCM111、鈦酸鋰、錳酸鋰以及上文提到的鎳錳酸鋰等電池技術(shù)上都有重大貢獻(xiàn)。

2001年首次制備出鎳錳酸鋰的Ohzuku發(fā)現(xiàn)，該電池在2.5~4.5V之間約有200mAh/g的比容量（與NCM811相當(dāng)）。不足在于它存在8%~10%的鋰鎳混排；循環(huán)性能不夠理想，要在高電壓下充放電。

因此，處理無(wú)鈷層狀材料的鎳鋰離子混排以及循環(huán)壽命問(wèn)題，關(guān)系到無(wú)鈷電池何時(shí)能夠商業(yè)化。

蜂巢能源通過(guò)三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)出無(wú)鈷電池：1、陽(yáng)離子摻雜技術(shù)；2、單晶技術(shù)；3、納米網(wǎng)絡(luò)化包覆。

摻雜和包裹等改性措施，有關(guān)動(dòng)力鋰離子電池減少鋰鎳混排、提升材料穩(wěn)定性不可或缺。單晶材料更耐壓，壽命更長(zhǎng)久。

首先，摻雜技術(shù)，促使過(guò)往二元電池、三元電池、四元電池的誕生。鈷和錳摻雜到鎳酸鋰離子電池中出現(xiàn)NCM和NCA三元電池，NCMA就是鋁對(duì)NCM的摻雜。從材料體系上看，無(wú)鈷電池使高鎳三元徹底背棄傳統(tǒng)三元的體系，回到二元電池時(shí)代。

通過(guò)陽(yáng)離子摻雜技術(shù)，蜂巢可提高材料的上限電壓，實(shí)現(xiàn)能量密度比磷酸鐵鋰離子電池提高40%。

蜂巢采用了兩種化學(xué)鍵能更大的元素，替代鈷，摻雜到材料中。通過(guò)強(qiáng)化學(xué)鍵穩(wěn)定氧八面體結(jié)構(gòu)，該技術(shù)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，使能量密度提高，成本降低。

單晶技術(shù)可以改善電池的安全性和壽命。與多晶相比，單晶技術(shù)顆粒強(qiáng)度更高，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，耐壓力強(qiáng)度可以提高10倍。

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。在探測(cè)中可以清楚地看到，多晶材料在輥壓過(guò)程中，顆粒破裂分明，會(huì)筆直導(dǎo)致正極與電解液反應(yīng)，出現(xiàn)大量氣體，造成電池壽命加速衰減和出現(xiàn)安全問(wèn)題；同時(shí)材料的結(jié)構(gòu)崩塌，使鋰離子無(wú)法移動(dòng)，造成壽命快速衰減。

而單晶卻非常穩(wěn)定。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%。

納米網(wǎng)絡(luò)化包覆，自然界中三角網(wǎng)絡(luò)是韌性最高的結(jié)構(gòu)。蜂巢在無(wú)鈷材料的合成過(guò)程中采用此包覆技術(shù)，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)有效地改善高電壓下的材料循環(huán)性能。

當(dāng)前，蜂巢的無(wú)鈷材料已完成百公斤級(jí)試產(chǎn)，采用該無(wú)鈷材料的電芯產(chǎn)品同步開(kāi)發(fā)中，能量密度達(dá)到240~245Wh/kg。

第一款無(wú)鈷產(chǎn)品是115Ah，能量密度達(dá)到245wh/kg。它能夠匹配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)品的電池組在整車(chē)端，能夠?qū)崿F(xiàn)15年120萬(wàn)公里的質(zhì)保。它將在2021年六月份推向市場(chǎng)。

第二款產(chǎn)品是L6薄片無(wú)鈷長(zhǎng)電芯，容量226Ah，能量密度達(dá)到240Wh/kg。這款電池正在與長(zhǎng)城汽車(chē)的一款高端車(chē)型做適配開(kāi)發(fā)，預(yù)計(jì)在2021年下半年推向市場(chǎng)。

蜂巢能源總裁楊紅新表示，這款無(wú)鈷電池通過(guò)了國(guó)標(biāo)和歐標(biāo)的全部安全性探測(cè)。結(jié)果聲明，通過(guò)材料摻雜、單晶技術(shù)和納米網(wǎng)絡(luò)化包裹，蜂巢的無(wú)鈷電池在能量密度與高鎳三元相當(dāng)，使用壽命和安全性高于高鎳三元。

長(zhǎng)電芯在制造中更考驗(yàn)制造工藝。在長(zhǎng)電芯的制造過(guò)程中，疊片工藝比卷繞工藝更加有優(yōu)點(diǎn)。蜂巢能源已經(jīng)順利投產(chǎn)的車(chē)規(guī)級(jí)AI智能廠(chǎng)一期項(xiàng)目，已經(jīng)成熟掌握了高速疊片工藝技術(shù)，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)L6疊片長(zhǎng)電芯的高效率大批量加工。

電池研發(fā)不是自嗨，而要真切可用

bEV乘用車(chē)選擇何種電池，是基于定位而定。近兩年OEM公布或上市的新車(chē)在推廣時(shí)大多具有幾個(gè)特點(diǎn)：平臺(tái)化，長(zhǎng)續(xù)航里程，高安全，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。

平臺(tái)化要求動(dòng)力鋰離子電池能夠最大程度地兼容到現(xiàn)有電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)最大化的通用性。

楊紅新表示，蜂巢分解當(dāng)前市場(chǎng)上的主銷(xiāo)車(chē)型寬度后發(fā)現(xiàn)，主流的A0級(jí)、A級(jí)以及b級(jí)以上的平臺(tái)適用于長(zhǎng)度在1150mm-1300mm的長(zhǎng)電芯。倘若按照1米或1米以上的長(zhǎng)度做電芯，勢(shì)必會(huì)顧此失彼，某款車(chē)可能匹配較好，另外一些或者裝不下，或者空間不能足夠得到利用，這就違背了提高空間利用率的初衷。也就是說(shuō)，過(guò)長(zhǎng)的尺寸會(huì)降低對(duì)市場(chǎng)主流乘用車(chē)的適配性和靈活性。

經(jīng)測(cè)算，600mm左右的尺寸或者2*600mm左右的尺寸，仿佛可以?xún)A覆到市場(chǎng)上主銷(xiāo)的80%的車(chē)型的需求。

長(zhǎng)而薄的600mm左右的電芯可以裝配在矩陣網(wǎng)格中，規(guī)矩排列組成大型矩陣模塊，矩陣之間相互關(guān)聯(lián)又相互獨(dú)立，正常工況時(shí)能夠保證整個(gè)矩陣模塊的剛度，非常規(guī)極端工況下，比如側(cè)碰，則能夠通過(guò)多個(gè)電芯分散撞擊力，保證整體安全。

矩陣式PACK設(shè)計(jì)也和之前使用590模組的平臺(tái)具有很好的兼容切換性，主機(jī)廠(chǎng)可以不做額外的修改和變更。

單晶無(wú)鈷電芯與矩陣式PACK設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)整車(chē)?yán)m(xù)駛里程達(dá)880公里。以長(zhǎng)城b級(jí)車(chē)為例，在L6無(wú)鈷電池和無(wú)模組辦法的用途下，它的電量可以達(dá)到135度電，續(xù)航里程880公里，是國(guó)內(nèi)純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航最長(zhǎng)的車(chē)型。

為了解決消費(fèi)者的續(xù)航焦慮，車(chē)企自2019年下半年推出的新車(chē)新增了550公里以上續(xù)航的版本。今年尤其瘋狂，600公里續(xù)航的新車(chē)變得普遍，700公里或800公里續(xù)航的新車(chē)接二連三到來(lái)。

動(dòng)力鋰離子電池非得撐得起主機(jī)廠(chǎng)的長(zhǎng)續(xù)航需求。很分明，蜂巢的無(wú)鈷電池瞄準(zhǔn)了主機(jī)廠(chǎng)的此類(lèi)需求。它與高鎳三元CTP電池、四元電池可以成為續(xù)航在600km以上緊湊型和中大型車(chē)的主流電池選擇。

長(zhǎng)續(xù)航之外，電動(dòng)汽車(chē)不僅要與其他電動(dòng)汽車(chē)比拼價(jià)格，更要與燃油車(chē)拼價(jià)格。占電動(dòng)汽車(chē)總成本四成的動(dòng)力鋰離子電池，自然也就成為降本重點(diǎn)對(duì)象。

電池公司緊要從材料創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新兩方面降成本，在正極材料去鈷，無(wú)模組設(shè)計(jì)提高成組效率。

探索無(wú)鈷辦法，最緊要的原由就是降本。電芯整體成本中，原材料成本占據(jù)很大比例，特別是正極材料占到整個(gè)材料成本的40%。大力發(fā)展和推廣降低成本的正極材料，也就成為降低電池成本的重中之重。

無(wú)鈷技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，可使電芯成本下降10-15%，完全擺脫正極材料對(duì)鈷的依靠。同時(shí)，無(wú)鈷材料電池還戒備了材料受戰(zhàn)略資源影響情況的出現(xiàn)。

楊紅新解釋稱(chēng)，無(wú)模組矩陣式PACK設(shè)計(jì)能夠降低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%）。

當(dāng)新電池技術(shù)處處為整車(chē)開(kāi)發(fā)和使用考慮，它才能讓主機(jī)廠(chǎng)發(fā)揮出電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)的最大效益。

有業(yè)內(nèi)人士曾評(píng)價(jià)當(dāng)前推出的動(dòng)力鋰離子電池新辦法，動(dòng)力鋰離子電池作為電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵零部件，是不是能成為主流趨勢(shì)緊要取決于下游整車(chē)客戶(hù)是不是會(huì)大規(guī)模采用。

讓電池適用于車(chē)，適用于已經(jīng)定型或正在定型的電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)，而非車(chē)適用于電池。