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无钴,能否掀起动力电池革命?

作者:卢奇秀 来源:中国能源报 发布时间:2020-05-27 浏览:
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“如果把成本、安全和寿命问题都解决了,无钴电池对行业的影响会非常大。”

5月18日,蜂巢能源在线发布了两款动力电池产品——115Ah容量无钴电芯和L6薄片无钴电芯。据悉,这两款产品将于明年落地,蜂巢能源也将由此成为全球首家成功研发无钴电池的动力电池厂商。

“含钴比例一直在降低,从最早的钴酸锂中的59%,到目前应用广泛的NCM523(镍钴锰比例为5:2:3)中的12%,再到下一代NCM811中的7%,直到今天,正极材料中的钴含量减到0,钴终于被彻底去除。锂电池行业迎来一个全新的品类——无钴电池。” 蜂巢能源总裁杨红新在发布会上介绍,蜂巢能源无钴电池已达到量产条件,将实现整车续驶里程超过800公里,超过15年120万公里的使用寿命。

钴作为稀缺资源,价高量少,占据了动力电池正极材料30%的成本。因此,低钴、无钴一直是动力电池车厂商研发的重点。

主流企业密集研发

事实上,无钴材料并非是蜂巢能源的独创,在无钴材料的开发道路上,科学家们已经持续走了20年,主流动力电池厂商,如LG化学、松下电池、宁德时代都在进行低钴和无钴研发。

在宁德时代日前召开的2019年业绩说明会上,董事长曾毓群透露,宁德时代有自己的无钴电池技术储备,目前研发进展顺利,“因为是一个全新的、颠覆性的产品”,目前正想办法完善供应链。此前特斯拉CEO马斯克也曾多次提到降低动力电池中钴的比例,争取在下一代电池中完全抛弃钴。

蜂巢能源抢先一步推出无钴电池并不容易,其无钴电池是去掉镍钴锰电池中的钴材料,用镍锰酸锂代替。“镍锰酸锂材料能量密度较高,被寄予厚望。虽然理论早就有了,但我们更关注可量产性。”杨红新坦言,无钴化要解决镍锂混排、循环性能等问题。“蜂巢能源通过阳离子掺杂技术、单晶技术和纳米网络化包覆三大‘黑科技’解决了上述问题。材料开发成功后,电芯层面还要进行整个体系开发,通过对电解液、负极材料以及其它辅助材料添加剂的设计优化,不断验证,突破这些技术瓶颈,使体系成熟、定型,达到量产条件。”

官方信息显示,蜂巢能源此次发布的无钴电池性能优越。第一款产品是基于590模组的电芯设计,容量为115Ah电芯,能量密度达到245wh/kg,该产品是在通用化电芯尺寸基础上完成的,能够搭载到目前大部分新的纯电平台上,在整车端能够实现15年120万公里超长使用寿命,将于2021年6月份推向市场;第二款是L6薄片无钴电芯,容量为226Ah,目前这款产品正与长城汽车一款高端车型做适配性开发,可实现880公里的超长续航,预计在2021年下半年推向市场。

杨红新透露,蜂巢能源无钴电池未来在整车的应用场景非常广泛。“除了国内市场外,我们还在积极拓展欧美高端市场,目前有两家欧洲客户正跟我们积极接触。”

有助于提升电动汽车综合性能

“在目前全球钴元素消耗中,一半左右用在锂电池上,包括车用锂电池和其它消费类电子。每部iPhone手机要用10g左右钴,而每辆特斯拉电动汽车要用约13.68kg。”杨红新表示,随着新能源汽车的迅猛发展,钴的需求量持续激增,如果不考虑回收,2026年钴将供不应求,有限的钴元素资源,无法支撑新能源汽车无限的发展空间。

资料显示,全球陆地钴的储量约为710 万吨,其中80%的钴分布在刚果(金)、澳大利亚和古巴等国。作为稀缺资源,钴价格从8万元/吨涨到最高60万元/吨。杨红新表示,行业对无钴期望极高,将有效降低动力电池成本。

钴是动力电池正极材料中的重要元素之一,不但可以稳定材料的层状结构,还可以提高材料的循环和倍率性能。电池无钴,如何保障电动汽车的安全和性能?

杨红新介绍称,无钴电池产品已通过国标和欧标的全部安全性测试,其安全性能优于目前的高镍三元电池。发布会测试视频显示,普通高镍三元电池在140℃高温静置结束半小时后起火,而无钴电芯在150℃高温静置结束半小时后未发生起火现象。

在杨红新看来,仅掌握无钴材料还不够,叠片设计工艺可使无钴电芯在能量密度方面再提升5%,循环寿命再提升10%。因此,此次蜂巢能源发布的无钴电池兼具高安全、高能量和高寿命的特点。数据显示,蜂巢能源无钴电池的循环寿命在DOD为92%时达2500个循环,优于高镍三元电池;同时,长续航性能支持单次充电可行驶880公里,为目前电动汽车行业已知量产车型中最高续航里程。

动力电池技术“百花齐放”

此前,业内对蜂巢能源的关注并不多。杨红新笑称,他们是“锂电新势力” 。据了解,蜂巢能源前身是长城汽车动力电池事业部,自2012年起开展电芯的预研工作,2018年独立为蜂巢能源,业务涉及下一代电池材料、电芯、模组、电池系统、BMS等的研发和制造。

原国家 863 电动车重大专项动力电池测试中心主任王子冬表示,蜂巢能源要在降成本工艺研究上,进一步挖掘潜力,使其接近磷酸铁锂,在无钴的情况下,把电压平台、能量密度和克容量拉高,来稀释镍材料的成本影响。“如果把成本、安全和寿命问题都解决了,无钴电池对行业影响会非常大。”

目前动力电池行业主要采用两种技术路线,一种是以镍钴锰、镍钴铝为主要材料的三元锂电池,其能量密度高、续航里程长,可满足车辆高能量要求;另一种是磷酸铁锂电池,其安全性好、成本低,但续航里程不尽人意。

随着技术的进步,动力电池产品持续创新攻关,行业已呈现“百花齐放”态势。今年三月,比亚迪正式推出磷酸铁锂“刀片电池”,其体积利用率相较于模组电池包提升了50%以上,续航里程达到高能量三元锂电池同等水平;宁德时代CTP技术也一直是业内关注的“黑科技”,不仅能应用于磷酸铁锂电池上,未来也可能应用于三元锂材料,其能量密度可以达到250wh/kg以上;固态电池的研发也在加快推进中。此外,特斯拉推迟到6月举行的“电池日”上会放什么“大招”,也备受行业关注。

业内人士认为,动力电池厂商的竞争已日趋白热化,但电池技术路线最终都指向了无钴化、更低成本和更高性能。动力电池的发展也将提升电动汽车产业市场化水平。

关键字:动力电池

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