880公里續(xù)航超長壽命 蜂巢能源無鈷電池明年落地

動力電池苦“鈷”久已。

當前，新能源汽車動力電池面臨的最大挑戰(zhàn)是安全與成本，其中電池成本能否下降，直接影響著電動汽車與傳統(tǒng)燃油車市場份額的競爭。

現(xiàn)有三元鋰離子電池體系中，正極材料的成本占比達到30%以上，其中鈷因為高昂的價格已經(jīng)成為正極材料中最大的成本殺手。

鈷是稀缺資源，其在地殼中的含量較低，全球陸地鈷的儲量約為710萬噸，52%分布在剛果(金)，其他國家和地區(qū)儲量占比則較低。在全球目前的鈷元素消耗中，50%左右用在鋰電池上。

因此，降低電池成本需要在現(xiàn)有材料體系的基礎上尋找新的技術突破。在以高鎳體系為共識的前提下，低鈷及無鈷電池已經(jīng)成為動力電池新的研發(fā)方向。

去年7月蜂巢能源曾發(fā)布過基于無鈷材料的電芯產(chǎn)品，今年這個產(chǎn)品開始逐漸落地。

蜂巢能源前身是長城汽車動力電池事業(yè)部，自2012年起開展電芯的預研工作，2018年獨立為蜂巢能源。

搭載880公里續(xù)航車型明年推向市場

5月18日，蜂巢能源對外亮相了兩款無鈷電芯，標志著蜂巢能源無鈷電池正式進入落地階段，搭載車輛后可以實現(xiàn)最高880公里的續(xù)航里程。

蜂巢能源總裁楊紅新表示，蜂巢能源此次發(fā)布的無鈷電芯，采用NMX的無鈷材料，這種方案具有高循環(huán)壽命、高安全性和高能量密度的核心優(yōu)勢。

“無鈷材料并非是蜂巢能源獨創(chuàng)，在無鈷材料的開發(fā)道路上，科學界已經(jīng)持續(xù)走了20多年。直到今天，蜂巢能源通過努力將正極材料中的鈷含量減到0，在電池正極材料中鈷終于被徹底去除?！?/p>

據(jù)了解，蜂巢無鈷電池第一款產(chǎn)品是基于590模組的電芯設計，容量為115Ah，電芯的能量密度達到245wh/kg。可以搭載到目前大部分純電平臺車型上，這款電芯在整車端能夠?qū)崿F(xiàn)15年120萬公里的質(zhì)保，將在2021年6月份推向市場。

第二款產(chǎn)品是L6薄片無鈷長電芯，容量226Ah, 這款產(chǎn)品正在與長城高端品牌車型適配開發(fā)(推測是WEY或光束？)，這款車型也是全球第一款可以實現(xiàn)880公里續(xù)航里程的車型，預計在2021年下半年實現(xiàn)量產(chǎn)。

880公里續(xù)航里程，將大大緩解電動汽車里程焦慮。

此前蜂巢能源曾對外稱，無鈷材料性能可以達到NCM811同等水平，材料成本降低5-15%，相應帶來的電芯BOM成本可以降低約5%，且會讓材料不受戰(zhàn)略資源影響。

性能無明顯損耗成本卻下降明顯，無鈷材料這么好，為何之前沒有應用呢？

原因是受到關鍵技術的制約。

在三元材料中，鎳/鈷/錳分工明確。鎳主要用于提高增加材料的體積能量密度，但高鎳也會導致鋰鎳混排，造成鋰析出，影響電池安全性。此外高鎳將導致正極釋氧溫度下降，導致電池熱穩(wěn)定性變差。

鈷的作用則是穩(wěn)定材料的層狀結構，提高材料的循環(huán)和倍率性能。錳的作用在于降低材料成本、提高材料安全性和結構穩(wěn)定性。

是不是發(fā)現(xiàn)了什么問題？鈷和錳都有穩(wěn)定結構的作用，但兩者的差距在于過高的鈷含量會導致實際容量降低，過高的錳含量反而會破壞材料的層狀結構。

所以從成本及性能的綜合考慮，動力電池正極材料最合適的占比是，保持錳不變的前提下，提高鎳含量，降低鈷含量，甚至是無鈷。

而量產(chǎn)無鈷電池，需要攻克鋰鎳混排、循環(huán)壽命等技術難題。

為了克服幾個技術難題，蜂巢能源通過陽離子摻雜技術、單晶技術、納米網(wǎng)絡化包覆技術改善了無鈷層狀材料的鎳鋰離子混排問題以及循環(huán)壽命的問題。

什么是鋰鎳混排呢？

三元鋰正極材料的基礎是層狀結構，其中鎳的作用是形成可以嵌入鋰離子的骨架，相當于大廈中各層之間的樓板。

電池充電時，鋰離子會從正極中脫嵌，而二階鎳離子的半徑與鋰離子相近(鋰離子更大一點)，使得鎳離子很容易趁鋰離子不在家占據(jù)鋰離子的位置。當鋰離子在電池放電過程中回到正極時，家被人家占了，鋰離子只能前往鎳離子原本的位置，由此引發(fā)鎳鋰混排。

鎳鋰混排引發(fā)的危害是什么呢？簡單的說，由于鋰離子半徑大于鎳離子，鎳離子擅離職守會導致各樓層高度變小，甚至造成局部空間塌陷，增加了鋰離子的嵌入難度，自然影響容量。

降低鋰鎳混排蜂巢采用的方法是，利用兩種化學鍵能更強大的元素代替鈷摻雜到材料中，通過強化學鍵穩(wěn)定氧八面體結構，減少鋰鎳混排，改善材料的穩(wěn)定性。該技術還可以提高材料上限電壓，從而實現(xiàn)能量密度比磷酸鐵鋰提高40%。

提高循環(huán)壽命的方法需要減緩晶體充放電體積變化。蜂巢采用單晶體技術可以改善電池的安全性和壽命，單晶與多晶相比，具有更強的顆粒強度和更加穩(wěn)定的結構，耐壓力強度比多晶提高10倍，采用單晶技術電芯壽命可以比多晶的高鎳三元高出70%。

此外，蜂巢在無鈷材料的合成過程中采用了納米網(wǎng)絡化包覆技術，在單晶表面包覆一層納米氧化物，減少正極材料跟電解液的副反應，有效改善了高壓下的材料循環(huán)性能。

通過150℃的熱箱實驗

安全方面蜂巢能源表示，無鈷電池產(chǎn)品已經(jīng)通過了國標和歐標的全部安全性測試，在安全性能優(yōu)于三元電池。以熱穩(wěn)定方面為例，無鈷電池輕松通過150℃的熱箱實驗未起火。而同樣條件下，普通高鎳三元電芯140度高溫靜置半小時，就會發(fā)生起火現(xiàn)象。

目前，兩款無鈷電芯已經(jīng)完成500kg中試，并進入噸級小批量生產(chǎn)階段。

當前動力電池正朝多技術路線發(fā)展，具備容量更高、壽命更長、安全性更好的無鈷電池一旦落地，將更好的解決電動汽車續(xù)航、電池衰減和安全方面的痛點，為新能源汽車更美好的未來，起到不可估量的作用。