[汽車之家 行業] 誰是“鈷奶奶”？也許不少人有所耳聞。2018年年底，地球上重要的元素“鈷”，價格飆升至60萬元/噸。2016年之時，鈷價才12萬元/噸。直到今天，鈷價依舊維持在24萬元/噸。天價鈷讓汽車電池企業成本壓力巨大，“鈷奶奶”稱號便在業內流傳開來。
為了“降鈷”，各大動力電池企業各出奇招，鈷含量也從最早的59%，逐步降低至7%。不過，蜂巢能源科技有限公司認為這還不夠，只有將鈷含量降到0%，才是電池的最終出路。5月18日，長城汽車旗下獨立出來的動力電池供應商，自詡為鋰電新勢力的蜂巢能源，推出“薄片無鈷電池”，欲掀起一場動力電池行業的“無鈷”大戰。
■ 動力電池為何要“去鈷”？
20年前，學界就曾發布相關論文，探討無鈷電池的未來前景。誰曾想，20年后動力電池“去鈷”竟然會成為共識。那么，為何要“去鈷”？對廣大消費者而言，動力電池“去鈷”或許沒有概念，如果告訴你這一切起源于鈷金屬的稀缺，便很好理解了。
俗話說，物以稀為貴，更令人難受的是，這種稀缺還會是常態。鈷元素符號Co，是一種具有光澤的鋼灰色金屬，質地硬而脆。令人惋惜的是，鈷元素在地球上的含量十分低。一組數據顯示：鈷金屬豐度僅為0.0025%，全球陸地鈷的儲量約為710萬噸，分布區域也十分集中，52%的鈷儲量在剛果(金)。
也就是說，本來就不豐富的鈷元素，還主要分布在政治局勢相對動蕩的國家，鈷價高企是一種必然。此外，強大的利益驅動背后，隱藏著鮮血與罪惡。有媒體報道，剛果（金）大量鈷礦礦主非法使用童工，孩子們備受欺凌，生命安全時常受到威脅。我們使用的手機電池、動力電池，或許背后就是非洲兒童被踐踏的生命與尊嚴。
鈷在動力電池中的地位又十分重要。我們知道，動力電池主要分為三元鋰和磷酸鐵鋰兩種技術路線。其中，以NCM（正極材料為鎳鈷錳三種材料）為代表的三元鋰電池一騎絕塵。最新數據顯示，今年1-4月，國內NCM三元鋰電池裝機量占比升至72.87%。
動力電池正極材料中，鈷金屬成本就占據30%；一輛特斯拉電動車，含鈷金屬重量為13.68kg。經過測算，如果不考慮電池回收到的鈷元素，2026年鈷金屬就將十分短缺。這也不難理解，特斯拉CEO埃隆·馬斯克叫嚷著要降低電池中鈷的使用比例。
中國汽車動力電池產業創新聯盟副秘書長王子冬也坦言，電動車發展在延續鋰電池技術路線的時候，出現熱失控、內短路等諸多問題。與此同時，資源方面也日漸緊促，鈷價格從8萬/噸漲到最高60萬/噸，因此大家都在努力“去鈷”。
“保鈷”還是“去鈷”，整個行業也已經研究多年。正如南都電源鋰電池技術研究院副院長李小平所言，去掉鈷元素主要是從成本角度來考慮。鈷金屬價格高企，占據了電池正極材料中很大一部分成本。此外，從理論上而言，鈷元素并非在電池中不可去除。簡而言之，降成本是目的，“去鈷”只是過程。
■ 兩條動力電池“去鈷”方案
“去鈷”也并非動力電池行業新鮮事。蜂巢能源總經理楊紅新指出，為打破有限資源的限制，科學家們在電池材料中減少鈷元素的努力從未停止過。電池中含鈷比例，從較早的鈷酸鋰中的59%，到目前普遍應用的NCM523電池12%，再到下一代NCM811中的7%，鈷含量一直在降低。
行業內把動力電池無鈷方案劃分為兩個方向：第一個是采用傳統磷酸鐵鋰電池方案。第二個是無鈷電池材料方案。
比亞迪“刀片電池”磷酸鐵鋰的無鈷電池路徑，在安全性和電池壽命方面優勢突出。刀片電池利用形狀特點提升了電池包縱向的利用率，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，PACK層面減少連接件的數量，也降低成本，不失為一種創新。比亞迪刀片電池方案能量密度提升50%，成本下降30%，比亞迪漢的整車壽命可達百萬公里以上。
寧德時代推出的CTP（Cell To Pack）技術，則通過省去電池模組，優化電池包結構。該技術在整車融合性上有優勢。數據顯示，寧德時代CTP電池包體積利用率提高15%-20%，零部件數量減少40%，生產效率提升50%。這也是另一種磷酸鐵鋰路線的無鈷電池方案。
“蜂巢的無鈷材料是實實在在的，是在鎳錳鈷三元材料中去除了鈷元素。”蜂巢能源則認為，新型無鈷材料電池，才能算作真正的“無鈷電池方案”。日前，特斯拉官方也透露同樣的觀點：“請大家留意四月（可能推遲到六月）特斯拉電池發布會，無鈷，不代表一定是磷酸鐵鋰。”
按照蜂巢能源說法，他們發布的全新薄片式的“無鈷電池”能夠解決三大痛點，通過單晶無鈷材料技術、疊片電芯設計技術、矩陣PACK設計技術，以及車規級AI制造的加持，可以實現整車續駛里程高達880公里，超過15年120萬公里的壽命，以及更加安全可靠。
■ “無鈷電池”還需后續劇情
那么，蜂巢能源的無鈷電池究竟如何？這其中不乏贊許與質疑。不過總體認為，動力電池“少鈷”甚至“無鈷”確已成為研發方向。
但是，“去鈷”并不是一件簡單的事情。據業內專家介紹，鎳鈷錳鋰離子電池三元體系中，鎳可以提高材料活性以及能量密度；鈷則主要用于穩定材料的層狀結構，減小陽離子混排，提高放電容量；錳則主要負責電池充放電過程中的穩定性。
“從蜂巢能源無鈷電池展示的數據來看，確實可圈可點。”深圳雄韜股份研發副總監高鵬然博士指出，蜂巢能源展示的陽離子摻雜技術、單晶技術、納米網絡化包覆技術，在解決電池能量密度、電池安全性和電池壽命，以及高電壓下的材料循環性能有促進作用。
楊紅新解釋，陽離子摻雜技術就是采用與氧化學鍵鍵能高的陽離子摻雜到晶體結構中。蜂巢能源是采用兩種化學鍵能更強大的元素替代鈷，摻雜到材料中。通過強化學鍵穩定氧八面體結構，減少鋰鎳混排，改善材料穩定性，并在4.3—4.35V電壓下穩定工作，能量密度比磷酸鐵鋰提高40%。
李小平則認為，無鈷電池從材料角度來說，也并不算太大的創新。無鈷電池需要解決的材料擋電性問題，快充問題，以及電池結構穩定性問題。此外，還需適當與其他材料進行配合使用。如果蜂巢能源在這些方面得到很好地解決，才能最終得到整車企業和消費者的認可。
也有業內人士認為，三元電池從NCM111、NCM523，發展到NCM622、NCM811，已經有了很大的進步。鈷元素存在使得三元電池的穩定性、充放電速率會更好，因此不少企業將鈷含量降低到5%左右。松下、特斯拉甚至對外宣稱，目前三元電池鈷含量可降到3%，不過迄今為止還沒有繼續降到0%。短期內，鈷元素還是很難被替代，絕對“無鈷”電池技術還不夠成熟。
再則，回歸到動力電池“去鈷”初衷，降本才是最終目的。發布會上，蜂巢能源并未公布其無鈷電池方案的最終成本。誠然，“無鈷電池”不再受制于鈷金屬資源和鈷價的限制，但是研發成本、加工工藝成本方面會提升多少？未來是否會間接轉化到消費者身上？我們目前不得而知，而這也是業內質疑的問題。
編輯總結：
根據規劃，2025年中國新能源汽車新車銷量占比達25%。另據預測，2035年全球新能源汽車的市場滲透率將達到50%。企業發力無鈷電池，在戰略上具有前瞻性，將使動力電池不再受制于鈷元素。從理論上來說，三元動力電池無鈷化并非不成立，技術上也可做到與普通三元電池比肩的程度。蜂巢能源發布的兩款無鈷電池，均計劃在2021年下半年量產。那么，究竟能實現多大的降本比例，未來量產的情況又會如何，我們還需要持續關注。（文/汽車之家 李爭光）
