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成都車展上，長(zhǎng)城汽車歐拉搭載無(wú)鈷電池的櫻桃貓正式亮相。這款車將推出兩個(gè)版本車型。磷酸鐵鋰的版本是61kWh，NEDC續(xù)航里程為470km；而蜂巢能源提供的無(wú)鈷鋰離子的版本為82.5kWh電池組，NEDC續(xù)航為600km，這也是全球首款搭載無(wú)鈷電池的新能源電動(dòng)車。我想從這個(gè)來(lái)探討一下整體的電池技術(shù)方向，并且向蜂巢這邊做一些采訪溝通。
圖1 蜂巢的無(wú)鈷電池包
第一部分 動(dòng)力電池的技術(shù)方向
從當(dāng)前的中國(guó)動(dòng)力電池技術(shù)路線來(lái)看，寧德時(shí)代主要涉及了磷酸鐵鋰、中鎳高電壓、高鎳三元和鈉電池等幾個(gè)方面，分成了高性價(jià)比、高能量密度兩條大的發(fā)展路徑，配上了鈉電池這樣的長(zhǎng)期規(guī)劃。而比亞迪則從三元的電芯化學(xué)體系回歸到磷酸鐵鋰，在EV磷酸鐵鋰和PHEV磷酸鐵鋰兩個(gè)方向來(lái)做的。國(guó)內(nèi)的二線電池企業(yè)，中航鋰電、國(guó)軒高科、孚能科技也是根據(jù)整體的格局來(lái)走磷酸鐵鋰和三元兩個(gè)技術(shù)方向來(lái)做戰(zhàn)略跟隨和替代。這兩條技術(shù)方向也是成為目前國(guó)內(nèi)主流的技術(shù)方向。
第一類 高性價(jià)比電池
磷酸鐵鋰這個(gè)化學(xué)體系，最大的優(yōu)點(diǎn)還是對(duì)于金屬約束少，因此目前隨著越來(lái)越多的汽車企業(yè)也把入門(mén)款的車型選擇磷酸鐵鋰。在近兩年，磷酸鐵鋰動(dòng)力電芯做大電芯的技術(shù)路線，質(zhì)量能量密度介于180-200Wh/kg之間（體積能量密度350Wh/L-450Wh/L）。這和當(dāng)前三元電池520Wh/L相差無(wú)幾的數(shù)據(jù)，能替代65kWh以下的需求。在這里核心的變化，在于磷酸鐵鋰的電池通過(guò)當(dāng)前去模組化和CTP的方式，實(shí)現(xiàn)了高體積利用率的方式。
而在3-5年以后，隨著通過(guò)材料體系和工藝的優(yōu)化，磷酸鐵鋰有望往質(zhì)量能量密度在210-230Wh/kg（體積能量密度450Wh/L-500Wh/L）的方向走，從大趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)磷酸鐵鋰的技術(shù)方向可以把A0-B級(jí)入門(mén)款的車型全部涵蓋掉。特別是我們看到比亞迪目前使用刀片電池的磷酸鐵鋰的方式，覆蓋了所有的車型。
第二類 高性能電芯 高鎳路線
這類電池主要的目標(biāo)是基于高能量密度的方向，做高容量電池，建立在高鎳體系和硅碳負(fù)極上面。
在當(dāng)前，高鎳電芯的質(zhì)量能量密度介于240-300Wh/kg（體積能量密度560Wh/L-650Wh/L），快充時(shí)間為18-30分鐘（3.3C-2C）。下一個(gè)階段，高鎳電芯在負(fù)極導(dǎo)入硅碳負(fù)極，電芯的質(zhì)量能量密度有望可以達(dá)到300-400Wh/kg（體積能量密度630Wh/L-750Wh/L），快充時(shí)間為9-15分鐘（4C）。
我們能看到目前國(guó)外的幾家電池企業(yè)，主要的方向，一方面從中鎳往高鎳方向設(shè)計(jì)，另外就是減少鈷的用量，做無(wú)鈷電池。
表1 國(guó)內(nèi)外主要的電池企業(yè)技術(shù)路線
第二部分 蜂巢的無(wú)鈷路線
我懷著疑問(wèn)去思考蜂巢這種無(wú)鈷電池路線是什么，有沒(méi)有可能成為中國(guó)在當(dāng)前的兩條技術(shù)路線之外一條可能性。
1）蜂巢的無(wú)鈷電池是什么？
這種NMX的無(wú)鈷材料，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)。然后采取單晶技術(shù)和納米網(wǎng)絡(luò)化包覆來(lái)達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和減少正極材料與電解液的副反應(yīng)長(zhǎng)壽命的設(shè)計(jì)。
圖2 NMx無(wú)鈷是什么
2）蜂巢開(kāi)發(fā)的這種無(wú)鈷電池，有可能成為行業(yè)主要路線么？
從蜂巢看來(lái)，目前行業(yè)內(nèi)使用的磷酸鐵鋰體系成本較低，但其能量密度只能達(dá)到~190wh/kg，限制了其大范圍應(yīng)用。而三元體系的能量密度更高可達(dá)250wh/kg以上，但三元材料中使用了鈷元素，受制于蘊(yùn)藏量與開(kāi)采量，鈷元素的國(guó)際市場(chǎng)價(jià)格極其不穩(wěn)定，并長(zhǎng)期保持在高位。
圖3 2019年主要資源的生產(chǎn)國(guó)概覽
而蜂巢能源的無(wú)鈷材料實(shí)現(xiàn)了鈷元素的零化，從而完全不受鈷市場(chǎng)的影響，并實(shí)現(xiàn)低成本化，同時(shí)其能量密度可與三元材料持平。故從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，無(wú)鈷電池相比磷酸鐵鋰技術(shù)方向和三元電池技術(shù)相比，具有巨大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，是行業(yè)發(fā)展的不可替代趨勢(shì)。
3）蜂巢一開(kāi)始從垂直整合自己做正極以外，無(wú)鈷這條技術(shù)路線，是否可能讓第三方材料和電池廠家導(dǎo)入這條路線，是否可能如何和蜂巢合作？
從蜂巢的角度來(lái)看，蜂巢能源目前規(guī)劃2025年產(chǎn)能200GWh，產(chǎn)品覆蓋化學(xué)體系齊全，所需正極材料種類多，需求量巨大。而蜂巢在無(wú)鈷的技術(shù)方向是嘗試垂直整合的正極，聚焦于行業(yè)短板的、創(chuàng)新的、更高競(jìng)爭(zhēng)力的正極材料研發(fā)和生產(chǎn)，如無(wú)鈷、四元材料等。一方面，這么大的產(chǎn)能不是完全圍繞無(wú)鈷材料，也需要對(duì)于常規(guī)的鐵鋰、三元體系材料，所以蜂巢一方面對(duì)傳統(tǒng)材料仍具有巨大需求大，將積極進(jìn)行第三方的導(dǎo)入與合作。所以從無(wú)鈷這個(gè)材料技術(shù)方向來(lái)看，蜂巢能源持積極開(kāi)放的態(tài)度，多種合作方式都可以探討展開(kāi)，如專利授權(quán)、專利互換、專利池共享、合資入股、材料外售等等。目的還是把這條技術(shù)路線擴(kuò)大。
圖4 蜂巢的無(wú)鈷電池規(guī)劃
4）從終局來(lái)看，無(wú)鈷材料路線是否能達(dá)到成本最優(yōu)？這種技術(shù)路線的拐點(diǎn)，是否需要有大規(guī)模的行業(yè)協(xié)同，才能實(shí)現(xiàn)路線的擴(kuò)展，和當(dāng)前三元和鐵鋰相似的地位？
無(wú)鈷材料的合成原料里去除了鈷元素，首先從BOM角度降低了成本。其次，無(wú)鈷材料合成工藝和常規(guī)三元的合成可實(shí)現(xiàn)共線生產(chǎn)，不需要專配生產(chǎn)線，這就為其大規(guī)模推廣提供了便利。蜂巢能源的無(wú)鈷材料，從材料層級(jí)、電芯層級(jí)、模組層級(jí)、pack層級(jí)、整車層級(jí)進(jìn)行了層層驗(yàn)證，取得了優(yōu)異的驗(yàn)證結(jié)果，完全滿足了使用要求，搭載無(wú)鈷電池的整車也將很快面世。無(wú)鈷材料各項(xiàng)性能得到用戶的認(rèn)可后，其大規(guī)模推廣即可很快實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，大規(guī)模的行業(yè)協(xié)同肯定會(huì)更有利于產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)。在公司示范效應(yīng)產(chǎn)生后，逐漸會(huì)有同行業(yè)的友商和上下游加入這個(gè)技術(shù)路線，到時(shí)候的地位會(huì)更加突出。
5）從使用層面，無(wú)鈷的技術(shù)路線到底是什么定位？適合哪些汽車技術(shù)產(chǎn)品？
無(wú)鈷的技術(shù)路線，主要是為了平衡電動(dòng)汽車用戶對(duì)長(zhǎng)續(xù)航、高安全、高快充、低成本的特性的均衡追求，基于三元體系上衍生出來(lái)的NMX的無(wú)鈷路線，還是需要產(chǎn)品支撐。目前來(lái)看，無(wú)鈷材料可實(shí)現(xiàn)高能量密度電芯的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。由蜂巢能源H平臺(tái)的無(wú)鈷正極材料所打造的電池產(chǎn)品，從測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看成績(jī)斐然。常溫下無(wú)鈷電池的循環(huán)壽命將達(dá)到2500次以上。能量密度方面，無(wú)鈷電池目前可以做到240~245Wh/kg，遠(yuǎn)高于主流磷酸鐵鋰電池的170~180Wh/kg水平，也十分接近811體系三元鋰電的240~250Wh/kg水平。
圖5 蜂巢的無(wú)鈷技術(shù)覆蓋很大的范圍
至于大家普遍較為關(guān)注的安全性上，蜂巢能源的無(wú)鈷電池除了在抗過(guò)充方面具有天然優(yōu)勢(shì)，其熱穩(wěn)定性也十分出色，所完成的150℃的熱箱測(cè)試，遠(yuǎn)高于國(guó)標(biāo)所要求的的130℃標(biāo)準(zhǔn)。這對(duì)比811體系的三元鋰電而言，代表?yè)碛懈玫臒岱€(wěn)定性能。蜂巢能源首款無(wú)鈷產(chǎn)品115Ah已于2021年7月開(kāi)始量產(chǎn)。搭載此款無(wú)鈷產(chǎn)品的長(zhǎng)城櫻桃貓系列整車也將很快面世。綜合無(wú)鈷產(chǎn)品的性能，可適合搭載中高端長(zhǎng)續(xù)航汽車產(chǎn)品。
如上所，述因磷酸鐵鋰體系的能量密度上限問(wèn)題，搭載鐵鋰體系電芯的整車，普遍存在續(xù)航里程偏低問(wèn)題，同時(shí)磷酸鐵鋰體系的低溫性能較差，導(dǎo)致冬天整車?yán)m(xù)航里程大幅下降。而無(wú)鈷電芯的能量密度大幅高于磷酸鐵鋰，低溫特性也明顯優(yōu)于磷酸鐵鋰。所以同級(jí)別車輛，搭載無(wú)鈷電芯，消費(fèi)者會(huì)明顯感知續(xù)航里程的增加，并且續(xù)航受天氣溫度的影響也較小。
6）無(wú)鈷E系列直面鐵鋰的競(jìng)爭(zhēng)
圖6 低成本無(wú)鈷電池
這里還要提及的是，面對(duì)磷酸鐵鋰的長(zhǎng)期成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，低鎳無(wú)鈷E平臺(tái)所誕生的115Ah電芯，最終的目標(biāo)是要比同容量磷酸鐵鋰電池能量密度提升20%，同時(shí)目標(biāo)要降低17%的成本。也就是要實(shí)現(xiàn)無(wú)鈷E電芯在中里程的車上已經(jīng)具備替代鐵鋰產(chǎn)品的性能和成本競(jìng)爭(zhēng)力。這個(gè)目標(biāo)是非常具有挑戰(zhàn)性的，一旦做成了，潛力也是最大的。
小結(jié)
通過(guò)對(duì)蜂巢的一些采訪，我想各位讀者可能對(duì)蜂巢推行的這條技術(shù)路線有一些更深刻的理解，我衷心祝愿這條路線能做起來(lái)。
