據(jù)悉，一直以來，特斯拉Model 3基礎(chǔ)續(xù)航版使用的是寧德時代的磷酸鐵鋰電池，隨著特斯拉的爆發(fā)也直接助力了寧德時代裝機(jī)量的大漲。特拉斯可說是電池技術(shù)迭代的風(fēng)向標(biāo)公司之一。未來三分之二的特斯拉電池將使用磷酸鐵鋰，三分之一可能采用鎳電池。

市場認(rèn)為，磷酸鐵鋰和三元鋰電池雙頭并進(jìn)，放眼國際，都有巨大的量。特斯拉CEO馬斯克在近期財報發(fā)布會上表示，特斯拉未來將會逐步轉(zhuǎn)向采用磷酸鋰鐵電池的方案，從電池構(gòu)成上來看，未來三分之二的特斯拉電池將使用磷酸鐵鋰，三分之一可能采用鎳電池。

長期以來特斯拉的技術(shù)路線都是以三元鋰電池為主，并希望替代三元鋰電池中鈷的成分，比如用鎳來替代鈷含量。今年2月，馬斯克就已經(jīng)暗示特斯拉將把一些電動汽車的三元鋰電池?fù)Q成磷酸鐵鋰電池，并與寧德時代擴(kuò)大供應(yīng)協(xié)議，為Model Y標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航版車型提供磷酸鐵鋰電池。

特斯拉等廠商正在考慮用價格更為便宜的鎳來替代三元鋰電池中價格波動較大的鈷。華安證券認(rèn)為，三元電池中鎳含量的提升，能夠顯著增強(qiáng)電池產(chǎn)品的能量密度；同時，相較于價格波動性更明顯的鈷，鎳由于供應(yīng)分布廣泛且更易大量生產(chǎn)，高鎳低鈷電池的成本優(yōu)勢凸顯。

目前寧德時代、LG等電池供應(yīng)商也在同時開發(fā)高鎳三元鋰電池。在今年7月16日，蜂巢能源首款無鈷電池正式量產(chǎn)下線。蜂巢能源此次量產(chǎn)下線的無鈷電池是能量密度為240wh/kg、容量為115Ah-MEB的產(chǎn)品，后續(xù)將安裝在長城歐拉櫻桃貓車型上。

據(jù)蜂巢能源技術(shù)人員介紹，這款電池相比一般三元鋰電池?fù)碛懈甙踩浴⒏吣芰棵芏取⒏哐h(huán)壽命和低成本的核心優(yōu)勢。那什么是無鈷電池呢？下面就讓我來為大家揭秘。

01.什么是無鈷電池

無鈷電池顧名思義，從物質(zhì)結(jié)構(gòu)來說，只要是電池材料中不含鈷元素的電池，就可以稱為無鈷電池。

雖然磷酸鐵鋰電池中也不含鈷元素，但嚴(yán)格意義上來說，無鈷電池主要還是針對去除掉三元鋰電池中的鈷元素的電池。看到這大家可能有點蒙圈了，直接不添加鈷不就好了，加了之后還要費(fèi)力氣給它去掉。

02.為什么電池要加入鈷

對于我們常用的鋰電池按照正極材料來分有下面幾種類型：有磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、三元鎳鈷錳（NCM）。其中鈷酸鋰、三元鎳鈷錳兩種電池是含有鈷元素的。在正極材料中添加鈷不但可以抑制“鎳鋰混排”的現(xiàn)象。

而且還可以降低材料阻抗值、提高材料電子電導(dǎo)率、改善倍率性能、降低電芯內(nèi)阻等。用我們熟悉的話講就是可以提高電池放電電流、提高充電功率、延長電池壽命、增加電池安全性。可以說鈷全面地提高了三元鋰電池的性能。下面讓我從結(jié)構(gòu)上給大家細(xì)講。

三元鋰（NCM/NCA）由于材料性質(zhì)，在微觀狀態(tài)下是層狀結(jié)構(gòu)。鎳（Ni）元素則搭建了可以嵌入鋰離子的框架結(jié)構(gòu)，提升了電池的能量密度，成就了三元鋰電池最核心的優(yōu)勢容量。當(dāng)電池充電時，層狀結(jié)構(gòu)的三元鋰電池，由于鋰離子從正極中脫落，電池內(nèi)部開始變得不穩(wěn)定，原本儲存鋰離子的地方可能會被鎳元素“搶占”。

這樣導(dǎo)致電池放電時重新回到正極的鋰離子就“無家可歸”了，只能附著到原來鎳的地方，這種現(xiàn)象就稱為“鎳鋰混排”。而鈷元素由于材料性質(zhì)，它所搭建的框架更加穩(wěn)定，可以保證鎳元素隨時呆在自己應(yīng)該呆的位置，避免“鎳鋰混排”現(xiàn)象。

如果發(fā)生了“鎳鋰混排”現(xiàn)象，那么三元鋰電池里面的微觀結(jié)構(gòu)就可能徹底混亂，會造成電池容量下降、電池壽命縮短、還可能發(fā)生其它危險。為了抑制這一現(xiàn)象，同時提高鋰電池性能我們在三元鋰電池中添加了鈷元素。

03.為什么要無鈷電池

資源稀少，價格高

既然鈷有這么多好處，那為什么各大電池廠家都在絞盡腦汁地要去掉它？大家都知道物以稀為貴，地殼中鈷的平均豐度僅為0.0025%，不但分布分散，而且多為銅、鎳和鐵等礦種的伴生礦，其產(chǎn)量取決于相應(yīng)銅鎳礦的開采。

據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計，截至2019年底，全球已探明的鈷礦儲量僅為700萬噸。幾年前，鈷的每千克的價格還不超過180元。但2017年第四季度以來，每千克鈷上漲到了420元左右。2018年，鈷的價格更是漲到了每千克650多元。

目前鈷的價格已經(jīng)非常昂貴，占動力電池成本的10%左右。而一輛新能源車的三元鋰電池包，含鈷量可能就會達(dá)到10kg以上，如果不考慮回收和降低鈷用量的話，到2026年，就會出現(xiàn)“無鈷可用”的狀態(tài)。不但貴，供應(yīng)不穩(wěn)定

貴也就算了，大不了多花錢買唄。剛果（金）既是全球鈷資源儲量最多的國家，也是鈷產(chǎn)量最高的國家，貢獻(xiàn)了全球約70%的鈷產(chǎn)量。但其最近幾年動蕩的政局影響著鈷產(chǎn)量與價格，有時花錢也買不到。

反觀國內(nèi)市場，我國的鈷礦量僅為8萬噸，占比僅為1.14%，在世界上根本排不上號，但卻是世界上最大的鈷消費(fèi)國，對外依存度達(dá)到80%以上。鈷不但在新能源汽車行業(yè)需要，而且在航空航天等諸多領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，是典型的戰(zhàn)略資源。能量提升的需要

既然貴，供應(yīng)還不穩(wěn)定那就去掉吧，不過用什么代替呢？之前我們提到過三元材料里面還有鎳，這種材料在電池正極構(gòu)成存儲鋰離子的籠子，含量越高越有利于電池容量的提升，而隨著鎳含量的增高，鈷的含量就相應(yīng)下降了。

在追求更高的能量密度的電池浪潮下，使用更高的含鎳量的三元材料是目前業(yè)內(nèi)的共同的發(fā)展趨勢，代表了產(chǎn)業(yè)升級的方向。追求容量提升和減少鈷的用量不謀而合。

04.無鈷電池怎么來的

從動力電池中去除了鈷元素，理論上講可行，但實際上難度很大。去除了鈷后，正極材料會變成二元鎳錳酸鋰或四元材料鎳鈷錳鋁（NCMA）聚合物，材料的組分會發(fā)生很大改變，但框架結(jié)構(gòu)保持不變。

目前，LG化學(xué)、松下等電池巨頭還無法量產(chǎn)無鈷電池。之前說過鈷在電池材料中主要起著穩(wěn)定框架結(jié)構(gòu)的作用，在去除鈷之后，如何穩(wěn)定電池的結(jié)構(gòu)？為此，蜂巢能源提出了陽離子摻雜和單晶技術(shù)。什么是陽離子摻雜技術(shù)呢？在正極材料的制作時，將與氧化學(xué)鍵鍵能高的陽離子摻雜到晶體結(jié)構(gòu)中去，加強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這樣有利于電池充滿電后脫鋰的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

那么什么是單晶技術(shù)呢？目前量產(chǎn)的三元鋰電池正極材料大多是由納米級別的一次顆粒團(tuán)聚形成的，10微米左右的二次球型多晶材料。多晶的本質(zhì)就是大量的小單晶的集合體。打個比方，白砂糖和單晶冰糖都是蔗糖，白砂糖可以認(rèn)為是多晶材料，單晶冰糖則可以認(rèn)為是單晶材料。

單晶材料比傳統(tǒng)的球形多晶顆粒具有更高的顆粒強(qiáng)度，有利于改善安全性和循環(huán)性能。通過陽離子摻雜和單晶技術(shù)的兩個關(guān)鍵技術(shù)的突破，蜂巢能源量產(chǎn)了無鈷電池。

05.無鈷電池的優(yōu)勢

能量密度高于磷酸鐵鋰

無鈷電池的能量密度與三元鋰電池相當(dāng)，與磷酸鐵鋰電池相比具有高能量密度的優(yōu)勢。本次量產(chǎn)下線的無鈷電池能量密度達(dá)到了240wh/kg。成本下降

不止如此，由于無鈷電池去掉了有著價格原罪的鈷元素，與三元鋰電池相比成本有明顯下降，只會比磷酸鐵鋰電池高一點。相比三元鋰電池更安全

至于安全性方面，蜂巢能源表示無鈷電池在安全上優(yōu)于傳統(tǒng)三元鋰電池，與磷酸鐵鋰電池表現(xiàn)類似。舉例來說，無鈷電池可以輕松通過150℃的熱箱試驗，而傳統(tǒng)三元鋰電池一般情況下只能通過130℃的熱箱。意義

行業(yè)層面來說無鈷電池不但可以降低貴金屬鈷元素的使用，降低材料和電池的成本，而且可以提升電池能量密度。從國家層面來說，鈷作為稀有資源，面臨的價格高、資源少、受牽制的風(fēng)險。無鈷電池可降低新能源行業(yè)對鈷的需求，降低國家的資源風(fēng)險。

但是對于我們終端用戶、普通消費(fèi)者來說，在保證電池性能的同時，還能降低購買的成本，才是最大的福音。在成本、安全性、性能，三大方面有著優(yōu)勢的無鈷電池，確實是鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個方向。

編輯：jq