蜂巢能源首次登陆，无钴电池首次出击

继磷酸铁锂电池、三元电池、固态电池之后，包括当代安培科技有限公司、松下、LG化学等公司都在布局无钴电池技术，特斯拉也在今年2月发布了研发无钴电池的消息。

在目前所有发声的公司中，从长城系孵化出来的新秀动力电池供应商蜂巢能源成为第一家落地无钴电池产品的公司。

18年5月，蜂巢能源总裁杨洪信发布两款无钴电池产品:115Ah电池和？L6？薄板无钴长电池。

在这两款电池的基础上，利用蜂巢能源单晶无钴材料技术、叠层电池设计技术、矩阵包设计技术、汽车级AI电池制造技术等优势，整车续航里程将超过？800 km，2005年电池寿命达到65438+20万km。

因此，需要明确几个问题:为什么动力电池供应商争相布局无钴电池？蜂窝能源的技术是如何实现的？无钴电池未来的市场格局会是怎样的？

1.无钴电池的心脏病

现在的纯电动汽车，尤其是乘用车，大多配备三元电池。

这些三元电池的负极材料有两种，一种主要由镍、钴、锰组成，电池产品为NCM523和NCM811。

综合计算，其正极材料钴含量分别为12%和7%，大部分车企都会配备这两种电池产品。

另一种主要由镍、钴和铝组成。电池产品以NCA为主，钴含量低于10%。电池产品主要搭载特斯拉。

以三元电池为主的车企和电池供应商，特别关注正极材料中的钴。

一方面，钴是不可或缺的。

它是目前应用最广泛的层状正极NCM和NCA动力电池中必不可少的元素，因为它能很好地形成层状结构，并能提高正极材料的电子电导率，改善正极材料的速率特性，对不稳定的镍形成稳定作用。

另一方面，钴很贵。

锂、镍、钴、锰的正极材料中，钴的价格最高，已经从2065，438+00的2万美元/吨涨到2065，438+08的9万美元/吨。

消费者想买一辆纯电动汽车，动力电池的成本通常占30%-40%。

如果进一步拆解，电池正极材料将占到电池成本的40%左右。消费者花的钱有相当一部分是用来支付钴的。

在价格快速上涨的背后，钴还存在着储量低、分布过于集中、开采过程中剥削童工劳动力等诸多问题。

如果你花20万买一辆纯电动汽车，哪怕是一点点远离万里的童工被剥削的可能性，都很可能不可持续。

与消费者的考虑不同，电池供应商更关心可持续供应和成本。

目前，全球钴的储量约为765，438+百万吨，主要集中在刚果(金)、澳大利亚和古巴。

因为储备过于集中，对供应商的影响已经显现。

2065438+2008年7月，时任特斯拉独家电池供应商的松下宣布暂停与加拿大一家供应商关于古巴钴的供货关系，原因是当时古巴正受到美国的制裁。

因此，如何降低电池中的钴含量，甚至直接从正极材料中去除钴，是很多电池供应商的常年心病。

2.赌无钴电

无钴电池的研发理论已经出现了20年左右，但一直没有成熟的方案。

这里的难点在于如何找到一种金属来代替钴，如何解决制造过程中的很多精细化工技术，比如涂层技术、掺杂技术、烧结过程的过程控制等等。

那为什么自称“锂电池新动力”的蜂巢能源会率先推出无钴电池呢？

现在看来，很大一部分原因是公司前期把资源集中在了无钴电池的研发上。

据杨洪信介绍，蜂巢能源在无钴电池的研发前期投入了大量资源，仅研发经费的投入就达数千万元。

面对当代安培科技、比亚迪、郭萱高科等动力电池巨头，作为动力电池新秀，蜂巢能源确实需要具备深度创新的技术。

在当代Amperex科技有限公司来比亚迪之前，从电池组封装入手并不是一个好的选择。剩下的变量只有电池和模块，电池正极材料的创新是最难也是最有影响力的工作。

蜂巢能源的前身是长城汽车的动力电池事业部。

长城从2012开始电池的预研工作，2016年2月成立电池事业部。2018年2月，电池事业部独立成为蜂巢能源科技有限公司。

目前蜂巢能源的最大股东是长城汽车董事长魏建军。

据悉，蜂巢能源无钴电池产品于2018年3月正式成立。

到2065438+2009年7月，蜂巢能源宣布完成无钴关键技术的研发，并首次发布全球首款基于无钴材料的电池产品。今天发布了两款电池产品，整个过程历时两年多。

3.通过安全测试

让我们来看看蜂巢能源的两款产品:

第一款产品是115Ah电池。

这款电池可以搭载在目前大部分纯电动汽车平台上，电池组可以实现15 1.2万公里的超长寿命，将于2021年6月上市(SOP)。

第二个产品是L6薄板无钴长电池，容量为226Ah。

目前这款电池正在与长城汽车高端车型进行研发，将于2021下半年上市(SOP)。

这款电芯采用蜂巢能量的矩阵包设计，续航可达880公里。这款电池之所以能做到这么高的续航，是因为电池容量能达到135 kWh。

无钴电池作为一种新型电池产品，需要通过安全屏障。

据了解，蜂巢能源的无钴电池通过了国家标准(GB/T-31485)和欧洲标准(IEC62660)的所有安全测试。

结果表明，其电池产品的安全性能优于高镍三元电池。

需要注意的是，国标和欧标测试规范是按照130℃进行测试的，判断标准是不着火不爆炸。

普通高镍三元？140℃热箱试验表明，普通高镍三元电池在140℃静置半小时后起火。

蜂巢里有无钴电池吗？在150℃下静置半小时无着火。

以热稳定性为例，蜂巢能在150℃通过了热箱实验，明显优于高镍三元电池。

目前蜂巢能源的无钴电池已经进入吨级小批量测试阶段。

那么，蜂巢能源是如何实现技术突破的呢？

4.阴极材料的革命

在蜂窝能源用无钴电池的研发中，一般的做法是设计镍锰比，采用阳离子掺杂技术提高材料的上限电压。

单晶技术用于提高电池的安全性和寿命，纳米网络涂层技术用于提高高电压下的循环性能。最终开发出高电压、高电池容量、无钴的锰酸镍锂单晶材料。

在整个研发过程中，有几项技术至关重要，即:

(1)阳离子掺杂技术。

这项技术的作用是提高材料的上限电压，从而实现比磷酸铁锂电池高40%的能量密度。蜂巢能利用化学键能更强的两种元素代替钴，将两种元素掺杂到材料中，通过强化学键稳定氧八面体晶体结构。

这项技术的效果是大大提高了材料的稳定性，在4.3-4.35V的电压下可以稳定工作。

(2)单晶技术。

与现有的采用多晶技术的高镍三元电池不同，蜂巢能源的无钴电池采用单晶技术。

因为单晶比多晶具有更强的粒子强度和更稳定的结构，可以提高电池的安全性和寿命。

而且采用多晶技术的材料颗粒在电池制造的滚动过程中更容易破碎，会直接导致正极与电解液发生反应，产生大量气体，从而造成电池寿命的加速衰减和安全问题。单晶材料的结构非常稳定，可以带来更长的使用寿命。

杨洪信透露，电池寿命可以比多晶高镍三元电池高70%。

(3)纳米网络涂层技术。

有了正极材料，蜂巢能源在材料合成上也采用了纳米网络包覆技术，在单晶表面包覆了一层纳米氧化物，减少了正极材料与电解液的反应，提高了电池材料在高电压下的循环性能。

完成正极材料的开发是前提，接下来还要完成电池和PACK的设计。

蜂巢能源的电池设计采用叠层技术电池。采用叠层设计技术的电芯，可以提高方形电芯内部体积空间的利用率，层状结构可以使极片更加平整，受力更加均匀，膨胀变形更小。最后，它可以提高能量密度和循环寿命。

在电池组设计方面，蜂巢能源的电池组采用矩阵式设计，将电池组分为两个矩阵格，在格内有规律地排列长型无钴电池，在电池组内部形成一个大的矩阵模块。矩阵之间既相互联系又相互独立，可以保证整个矩阵模块在正常工作条件下的刚度。

在非常规的极端工况下，比如侧面碰撞，冲击力可以通过多个电池分散，从而保证电池组和整车的安全。

从现有的电芯和电池组设计方法来看，蜂巢能源的无钴电池并没有告别电池单体、电池模块、电池组等传统的组成方式。

而蜂巢能源的无钴电池组通过PACK的矩阵结构设计，达到了减轻电池组重量的效果。

按照杨洪信的说法，蜂巢能量无钴电池能做到吗？80%?CTP的组效率高于之前发布的CTP和刀片电池。

5.无钴电池的影响

从技术路线上看，市场上现有的当代Amperex科技有限公司、有限CTP技术、比亚迪刀片电池技术、特斯拉无钴(或磷酸亚铁锂技术)主要是改变电池组的封装方式。

蜂巢能源推出的无钴电池技术是基于单体电池的正极材料，创新更彻底。

那么，蜂巢能源的无钴电池会打击到谁呢？

现在那些研发三元电池的动力电池供应商，钴产品的上游供应链都会受到一定的影响，比如当代安培科技有限公司，比亚迪。

以生产磷酸铁锂电池为主的电池供应商也会受到无钴电池一定程度的冲击。

韩国汉阳大学能源工程教授宣郭亮认为，开发无钴电池最直接的结果是降低电池成本。预计未来正极材料中应用最广泛的层状结构将是镍锰材料。

也就是说，NCM电池正极材料除钴后只剩下镍锰(NiMn)，生产模式仍类似于现有的NCM和NCA生产模式。

在保证电池能量密度的前提下，不含高成本钴的镍锰电池无疑具有更大的竞争力。

在蜂巢能源发布无钴电池之前，特斯拉已经在2018年5月给股东的邮件中披露了“无钴”年计划，并计划在2020年特斯拉电池日进行披露。

今年5月，当代安培科技有限公司董事长曾玉群表示，当代安培科技有限公司也有自己的“无钴”电池技术储备。目前研发进展顺利，正在努力做好供应链，“因为这是一个全新的、颠覆性的产品”。

现在蜂巢能源率先发布无钴电池技术，同赛道的开发者应该感受到了压力。

本文来自车家作者汽车之家，不代表汽车之家立场。