專題
[摘要]無鈷電池的現(xiàn)實(shí)意義并不僅僅是降成本，去鈷的核心在于變被動(dòng)為主動(dòng)，極限降鈷后可以不再受制于鈷，從而降低對(duì)鈷價(jià)變化的敏感性，有利于預(yù)期管理和供應(yīng)鏈安全。當(dāng)前國(guó)內(nèi)電動(dòng)車產(chǎn)能規(guī)劃宏闊，不希望有任何環(huán)節(jié)阻礙產(chǎn)能擴(kuò)張，因此發(fā)展無鈷電池很有必要。
對(duì)鈷酸鋰電池、三元鎳鈷錳兩類電池來說，鈷的重要性不言而喻。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。拿我們熟悉的話來說，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。可以說鈷全面地提高了兩類鋰電池的性能。
在新能源車席卷全球的浪潮下，三元電池的裝機(jī)量也在快速增長(zhǎng)，對(duì)于鈷的需求自然水漲船高。研究表明，當(dāng)前三元電池對(duì)鈷的消耗占比已超過40%。然而鈷作為稀缺資源，目前全球已探明的鈷資源儲(chǔ)量?jī)H為760萬噸，即使是按照2020年的開采量來計(jì)算，也僅僅只能持續(xù)50年的時(shí)間。隨著動(dòng)力電池逐漸邁向TWH時(shí)代，這個(gè)時(shí)間也將大大提前。
而更重要的是，全球超過六成的鈷產(chǎn)量都出自政局不穩(wěn)定的剛果（金），中國(guó)鈷儲(chǔ)量?jī)H占全球儲(chǔ)量的1%左右，大部分還得依賴進(jìn)口，鈷資源的稀缺嚴(yán)重威脅著國(guó)內(nèi)電動(dòng)車的供應(yīng)鏈安全。同時(shí)鈷材料成本在三元電池中占比較高，其價(jià)格波動(dòng)直接影響到電芯成本，曾經(jīng)價(jià)格跳漲至60萬元/噸的鈷奶奶也讓電池企業(yè)苦頭吃盡。行業(yè)亟待打破這樣的窘境。
時(shí)至今日，無鈷電池已逐步成為行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。所謂無鈷電池，即指正極材料中不包含鈷元素的電池體系，它既包括傳統(tǒng)磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰等電池體系，也包括蜂巢能源研發(fā)推出的層狀無鈷材料電池等。據(jù)蜂巢能源董事長(zhǎng)兼CEO楊紅新預(yù)測(cè)，未來在鋰電產(chǎn)品分布中，無鈷電池市場(chǎng)占比將超過70%。其中磷酸鐵鋰占比將超過60%，甚至更高。
陸續(xù)實(shí)現(xiàn)裝車 產(chǎn)業(yè)化提速
提起無鈷電池，就不得不提蜂巢能源。這家2018年從長(zhǎng)城汽車動(dòng)力鋰電池事業(yè)部分拆成立的電池企業(yè)，自成立之初就立下成為國(guó)內(nèi)鋰電池行業(yè)前三的宏偉目標(biāo)。而為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，蜂巢能源采取了差異化競(jìng)爭(zhēng)策略和技術(shù)領(lǐng)先型策略。不跟隨大流，做差異化領(lǐng)域的冠軍企業(yè)。這里所說的差異化，就是公司主打的是層狀無鈷電池，采用的是疊片工藝。
而在無鈷電池的道路上，蜂巢能源也是步步為營(yíng)。2020年5月，蜂巢能源正式發(fā)布首款無鈷電池，成為全球首家將無鈷電池產(chǎn)品落地的動(dòng)力電池企業(yè)。為了去除電池正極材料中的鈷元素，蜂巢能源向電極中摻雜無未成對(duì)的電子自旋元素，大幅提高充放電可逆性與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。該電池與NCM811電池的能量密度不相上下，但材料成本節(jié)約超過10%。
2021年7月，蜂巢能源無鈷電池量產(chǎn)下線儀式舉辦。幾乎同個(gè)時(shí)間，蜂巢能源無鈷鋰電池首次實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)城歐拉櫻桃貓車型的配套，并進(jìn)入到去年第7批《推薦目錄》，系統(tǒng)能量密度達(dá)172Wh/kg，工況續(xù)航超600km。2022年初，蜂巢能源無鈷鋰電池配套提速，配套了長(zhǎng)城新款車型歐拉閃電貓。今年9月份，蜂巢能源無鈷電池再次配套長(zhǎng)城好貓車型。
上述可見，蜂巢能源的無鈷電池已陸續(xù)實(shí)現(xiàn)裝車，向著產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)加速邁進(jìn)。不過也有令外界質(zhì)疑的地方，那就是蜂巢能源無鈷電池配套的都是長(zhǎng)城汽車的車型。換句話說，脫身于長(zhǎng)城汽車的蜂巢能源，這匹動(dòng)力電池領(lǐng)域的黑馬取得的成績(jī)離不開長(zhǎng)城的扶持。有數(shù)據(jù)顯示蜂巢能源去年裝機(jī)量2.36GWh，其中長(zhǎng)城車型占比超95%，這顯然是把雙刃劍。
不過在蜂巢能源董事長(zhǎng)楊紅新來看，正是因?yàn)殚L(zhǎng)城的支持，蜂巢能源首先避免在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中死掉。還得要感謝長(zhǎng)城汽車的支持，這是不能回避的問題。很多的創(chuàng)新技術(shù)和產(chǎn)品必須先應(yīng)用，先證明可行，才有擴(kuò)大推廣的可能性。最新消息顯示，如今蜂巢能源的客戶已包括吉利、零跑、哪吒、嵐圖、東風(fēng)、小鵬、理想等，電池外供比例已經(jīng)超過50%。
根據(jù)蜂巢能源能源的規(guī)劃，公司將在2023年推出第二代層狀無鈷材料電池，預(yù)計(jì)成本與磷酸鐵鋰接近，續(xù)航里程可達(dá)800公里。而在磷酸鐵鋰電池方面，蜂巢能源推行全域短刀化戰(zhàn)略，目前已經(jīng)量產(chǎn)的L600磷酸鐵鋰短刀電池可覆蓋A0至B級(jí)以上市場(chǎng)，同時(shí)還可以應(yīng)用于儲(chǔ)能及輕型動(dòng)力市場(chǎng)。明年蜂巢能源還將推出能量密度195Wh/kg的短刀新品。
無鈷電池的普及，既有助于全球動(dòng)力電池行業(yè)擺脫對(duì)鈷資源的長(zhǎng)期依賴，同時(shí)也可以助力動(dòng)力電池明顯降本。因此除蜂巢能源外，無鈷電池也受到其他企業(yè)追捧。如此前特斯拉明確表示將在自家車型上使用無鈷電池，并稱所謂的無鈷電池并不代表是磷酸鐵鋰；寧德時(shí)代也提到，公司已經(jīng)有關(guān)于無鈷電池的技術(shù)儲(chǔ)備；松下宣稱將在3年內(nèi)量產(chǎn)無鈷電池。
而上述企業(yè)提到的無鈷電池，顯然不是指磷酸鐵鋰。寧德時(shí)代董事會(huì)秘書蔣理表示，寧德時(shí)代正在積極推進(jìn)固態(tài)電池、無鈷電池、無負(fù)極金屬電池等下代電池的研發(fā)和落地。此前不久賽力斯在互動(dòng)平臺(tái)稱，公司正與寧德時(shí)代就M3P新型電池展開合作，在實(shí)現(xiàn)性能和續(xù)航里程提升的同時(shí)，其不僅大幅降低了電池成本，同時(shí)減少了對(duì)鈷等貴重金屬的依賴。
據(jù)悉M3P電池是寧德時(shí)代基于新型材料體系研發(fā)的電池，其能量密度高于磷酸鐵鋰，成本優(yōu)于三元電池，這也可以看作是寧德時(shí)代在無鈷電池領(lǐng)域的重要嘗試。松下電器中國(guó)區(qū)總裁趙柄弟表示，松下已經(jīng)完成無鈷化技術(shù)路線上的研發(fā)，對(duì)于后面的應(yīng)用，松下會(huì)結(jié)合未來市場(chǎng)來把它往產(chǎn)業(yè)化方向進(jìn)行導(dǎo)入。我們希望三年之內(nèi)，將無鈷化的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。
早在四年前，特斯拉CEO馬斯克就表示，旗下電動(dòng)汽車電池的鈷用量已不到3%，預(yù)計(jì)下代電池的鈷用量會(huì)降至零。而在2020年馬斯克宣布無鈷電池要來了，事實(shí)證明不少特斯拉的車型被替換成了磷酸鐵鋰，馬斯克也是一臉的無鈷，話說得沒有毛病。因此業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)松下作為特斯拉重要的電池供應(yīng)商，其在無鈷電池方面的布局是為了迎合特斯拉要求。
對(duì)于主機(jī)廠來說，雖然在電池技術(shù)路線上有所偏好，但是不排斥任何的技術(shù)路線。前提是該技術(shù)路線在滿足主機(jī)廠對(duì)于安全性的核心訴求下，平衡成本、續(xù)航、長(zhǎng)壽命等等商業(yè)化因素。隨著搭載無鈷電池的整車陸續(xù)面世，代表著無鈷電池各項(xiàng)性能得到用戶認(rèn)可，更多的玩家和上下游企業(yè)加入該技術(shù)路線，行業(yè)協(xié)同效應(yīng)顯現(xiàn)，無鈷電池產(chǎn)業(yè)化必將提速。
兩大陣營(yíng)的博弈 無鈷真的靠譜？
從當(dāng)前情況來看，實(shí)現(xiàn)無鈷電池主要通過三個(gè)路徑：首先就是蜂巢能源主打的層狀無鈷材料電池，截至目前屬于是一枝獨(dú)秀的存在；其次是走高鎳低鈷的三元電池路線，包括寧德時(shí)代主推的811電池等，將鈷的用量控制在5%以內(nèi)；而第三種則是對(duì)傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池進(jìn)行技術(shù)方面創(chuàng)新，如比亞迪的刀片電池、蜂巢能源的短刀電池、廣汽的彈匣電池等。
對(duì)于第三種方式，整個(gè)行業(yè)沒有太大的異議。然而在對(duì)待前兩種方式時(shí)，卻產(chǎn)生了兩大不同的陣營(yíng)。大家爭(zhēng)議的焦點(diǎn)主要聚集在無鈷電池可不可行？必不必要無鈷兩方面。蜂巢能源的無鈷材料路線其實(shí)很清晰，在鎳酸鋰的基礎(chǔ)上加錳，即鎳錳電池。雖然可以實(shí)現(xiàn)電池?zé)o鈷化，使能量密度提升。但在熱穩(wěn)定性、循環(huán)壽命、倍率性等方面還需要加以優(yōu)化。
格林美相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，無鈷鎳錳材料比容量與鎳鈷鋰（NCM622）接近，但循環(huán)性能和倍率性能略差，材料熱穩(wěn)定也低于后者。蜂巢能源相關(guān)負(fù)責(zé)人曾表示，無鈷材料確實(shí)存在三大隱患：層狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、高比例鋰鎳混排問題；較低的倍率性能；高電壓體系下循環(huán)下穩(wěn)定性較差。不過他也提到，蜂巢能源已通技術(shù)和材料的創(chuàng)新對(duì)上述問題加以解決。
有消息稱，截至今年4月蜂巢能源無鈷電池已獲得69項(xiàng)中國(guó)專利、46項(xiàng)國(guó)際專利，而這也意味著蜂巢能源在無鈷材料的研發(fā)方面已取得重大突破。紙上得來終覺淺，如今隨著蜂巢能源的無鈷電池陸續(xù)實(shí)現(xiàn)裝車，同時(shí)外供比例不斷擴(kuò)大，具體表現(xiàn)如何從搭載無鈷電池車輛運(yùn)行情況上總能見著端倪。而且此番成敗或許將影響著國(guó)內(nèi)電池未來的發(fā)展方向。
同時(shí)高鎳低鈷的技術(shù)路線，也被視為是實(shí)現(xiàn)無鈷化的重要途徑。早在2018年馬斯克就表示旗下電動(dòng)車所使用的三元電池鈷元素的含量已不及5%。他同時(shí)表示，特斯拉最新的高鎳電池鈷含量會(huì)降至3%以下，客觀上已經(jīng)相對(duì)無鈷。只不過，鎳占比越大，正極材料熱穩(wěn)定性就會(huì)相應(yīng)降低。當(dāng)電池遇到過充、高溫、外力沖擊等情況時(shí)，更易引發(fā)熱失控。
然而幾年時(shí)間過去，特斯拉的無鈷電池并沒有太大進(jìn)展，而特斯拉也將發(fā)展的重心轉(zhuǎn)向磷酸鐵鋰以及4680電池，這也不禁引發(fā)業(yè)界對(duì)于三元無鈷電池可行性的討論。北京大學(xué)教授其魯曾坦言，從材料合成結(jié)果來看，100%的鎳酸鋰不穩(wěn)定，如果沒有鈷，電池衰減非常快，其化學(xué)結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化。有鈷且不少于5%的鈷，才能讓三元材料變得穩(wěn)定。
億維鋰能董事長(zhǎng)劉金成向更直言，無鈷電池是個(gè)偽命題。為什么不用鈷呢？三元電池有它結(jié)構(gòu)才穩(wěn)定。安全可靠是行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，無鈷技術(shù)得經(jīng)過5年、10年的驗(yàn)證，硬上只能說很大膽；國(guó)軒高科高級(jí)副總裁徐興無也表示，低鈷811電池都還存在不少問題，暫緩使用才是明智的選擇。降低能量密度對(duì)安全是有好處的，等技術(shù)真正成熟再大批量上車。
而且三元電池有沒有去鈷的必要？也是大家熱議的話題。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，即使未來三元正極材料朝著高鎳化方向發(fā)展，但隨新能源汽車銷量增長(zhǎng)和單車帶電量大提升，動(dòng)力電池整體用鈷量仍將保持著持續(xù)增長(zhǎng)。無鈷電池的影響，預(yù)期大于實(shí)質(zhì)意義。目前鈷資源可以做到100%回收，不用過多擔(dān)憂。鈷不貴，只是作為小眾金屬容易被炒作，導(dǎo)致價(jià)格不穩(wěn)。
但是就在大家對(duì)無鈷電池展開激烈討論的時(shí)候，比亞迪卻默默的推出了刀片電池。從磷酸鐵鋰電池的的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了創(chuàng)新，事實(shí)證明比亞迪的做法是正確的。時(shí)至今日刀片電池不僅搭載于比亞迪多款車型上，而且也成為比亞迪開拓市場(chǎng)的重要利器。弗迪電池董事長(zhǎng)何龍?jiān)硎荆耗隳芟氲降钠嚻放疲荚诤臀覀兲接懟诘镀姵丶夹g(shù)的合作方案。
根據(jù)了解，刀片電池采用磷酸鐵鋰化學(xué)體系，電池包通過電芯與托盤、上蓋進(jìn)行粘連形成類蜂窩鋁板的三明治堅(jiān)固結(jié)構(gòu)，可承受50噸重卡碾壓極端測(cè)試。同時(shí)刀片電池利用形狀特點(diǎn)提升了電池包縱向利用率，緩解磷酸鐵鋰能量密度先天不足的局限性，再加上無模組技術(shù)，PACK層面減少連接件數(shù)量，在成本下降30%的同時(shí)電池能量密度提升50%。
同時(shí)擠壓不起火、不爆炸的特性也讓刀片電池扭轉(zhuǎn)了當(dāng)前動(dòng)力電池的市場(chǎng)格局，推動(dòng)著磷酸鐵鋰電池的裝機(jī)占比不斷提升。由于磷酸鐵鋰電池同樣屬于無鈷電池，因此有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，比亞迪此舉已經(jīng)走在了特斯拉的前面。而據(jù)了解，寧德時(shí)代同樣選擇了基于磷酸鐵鋰電池發(fā)展無鈷電池的技術(shù)路徑。寧德時(shí)代推出的CTP技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無鈷且降本的目的。
為盡快擺脫資源束縛，降低電池成本，多家動(dòng)力電池企業(yè)加大力度研發(fā)無鈷電池。然而在中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟王子冬副秘書長(zhǎng)看來，當(dāng)前動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈中存在的問題很多，情況非常復(fù)雜，并不是把鈷去掉了，就能馬上降低電池成本。他提到，現(xiàn)在無鈷電池材料比有鈷的還貴，你去買塊811的電池，再去買塊同品牌523電池，比較便知。
然而無鈷電池的現(xiàn)實(shí)意義并不僅僅是降成本，去鈷的核心在于變被動(dòng)為主動(dòng)，極限降鈷后可以不再受制于鈷，從而降低對(duì)鈷價(jià)變化的敏感性，有利于預(yù)期管理和供應(yīng)鏈安全。當(dāng)前國(guó)內(nèi)電動(dòng)車產(chǎn)能規(guī)劃宏闊，不希望有任何環(huán)節(jié)阻礙產(chǎn)能擴(kuò)張，而鈷對(duì)電動(dòng)車遠(yuǎn)期產(chǎn)能的局限與我們的規(guī)劃沖突，因此需要加大無鈷電池的占比。至于具體成效，我們拭目以待。
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