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蜂巢无钴电池影响几何?
日期:2021.09.10 资讯来源:91金属 浏览人次:3195

日前,成都车展上,长城汽车欧拉搭载无钴电池的樱桃猫正式亮相。这款车将推出两个版本车型。磷酸铁锂的版本是61kWh,NEDC续航里程为470km;而蜂巢能源提供的无钴锂离子的版本为82.5kWh电池组,NEDC续航为600km,这也是全球首款搭载无钴电池的新能源电动车。

我想从这个来探讨一下整体的电池技术方向,并且向蜂巢这边做一些采访沟通。

第一部分 动力电池的技术方向

从当前的中国动力电池技术路线来看,宁德时代主要涉及了磷酸铁锂、中镍高电压、高镍三元和钠电池等几个方面,分成了高性价比、高能量密度两条大的发展路径,配上了钠电池这样的长期规划。而比亚迪则从三元的电芯化学体系回归到磷酸铁锂,在EV磷酸铁锂和PHEV磷酸铁锂两个方向来做的。

国内的二线电池企业,中航锂电、国轩高科、孚能科技也是根据整体的格局来走磷酸铁锂和三元两个技术方向来做战略跟随和替代。这两条技术方向也是成为目前国内主流的技术方向。

第一类 高性价比电池

磷酸铁锂这个化学体系,最大的优点还是对于金属约束少,因此目前随着越来越多的汽车企业也把入门款的车型选择磷酸铁锂。在近两年,磷酸铁锂动力电芯做大电芯的技术路线,质量能量密度介于180-200Wh/kg之间(体积能量密度350Wh/L-450Wh/L)。这和当前三元电池520Wh/L相差无几的数据,能替代65kWh以下的需求。

在这里核心的变化,在于磷酸铁锂的电池通过当前去模组化和CTP的方式,实现了高体积利用率的方式。

而在3-5年以后,随着通过材料体系和工艺的优化,磷酸铁锂有望往质量能量密度在210-230Wh/kg(体积能量密度450Wh/L-500Wh/L)的方向走,从大趋势来看,未来磷酸铁锂的技术方向可以把A0-B级入门款的车型全部涵盖掉。特别是我们看到比亚迪目前使用刀片电池的磷酸铁锂的方式,覆盖了所有的车型。

第二类 高性能电芯 高镍路线

这类电池主要的目标是基于高能量密度的方向,做高容量电池,建立在高镍体系和硅碳负极上面。

在当前,高镍电芯的质量能量密度介于240-300Wh/kg(体积能量密度560Wh/L-650Wh/L),快充时间为18-30分钟(3.3C-2C)。下一个阶段,高镍电芯在负极导入硅碳负极,电芯的质量能量密度有望可以达到300-400Wh/kg(体积能量密度630Wh/L-750Wh/L),快充时间为9-15分钟(4C)。

我们能看到目前国外的几家电池企业,主要的方向,一方面从中镍往高镍方向设计,另外就是减少钴的用量,做无钴电池。

表1 国内外主要的电池企业技术路线
第二部分 蜂巢的无钴路线

我怀着疑问去思考蜂巢这种无钴电池路线是什么,有没有可能成为中国在当前的两条技术路线之外一条可能性。

1)蜂巢的无钴电池是什么?

这种NMX的无钴材料,蜂巢采用了两种化学键能更大的元素,替代钴,掺杂到材料中,通过强化学键稳定氧八面体结构。然后采取单晶技术和纳米网络化包覆来达到稳定结构和减少正极材料与电解液的副反应长寿命的设计。

2)蜂巢开发的这种无钴电池,有可能成为行业主要路线么?

从蜂巢看来,目前行业内使用的磷酸铁锂体系成本较低,但其能量密度只能达到~190wh/kg,限制了其大范围应用。而三元体系的能量密度更高可达250wh/kg以上,但三元材料中使用了钴元素,受制于蕴藏量与开采量,钴元素的国际市场价格极其不稳定,并长期保持在高位。

而蜂巢能源的无钴材料实现了钴元素的零化,从而完全不受钴市场的影响,并实现低成本化,同时其能量密度可与三元材料持平。故从长远看,无钴电池相比磷酸铁锂技术方向和三元电池技术相比,具有巨大的竞争优势,是行业发展的不可替代趋势。

3)蜂巢一开始从垂直整合自己做正极以外,无钴这条技术路线,是否可能让第三方材料和电池厂家导入这条路线,是否可能如何和蜂巢合作?

从蜂巢的角度来看,蜂巢能源目前规划2025年产能200GWh,产品覆盖化学体系齐全,所需正极材料种类多,需求量巨大。而蜂巢在无钴的技术方向是尝试垂直整合的正极,聚焦于行业短板的、创新的、更高竞争力的正极材料研发和生产,如无钴、四元材料等。

一方面,这么大的产能不是完全围绕无钴材料,也需要对于常规的铁锂、三元体系材料,所以蜂巢一方面对传统材料仍具有巨大需求大,将积极进行第三方的导入与合作。所以从无钴这个材料技术方向来看,蜂巢能源持积极开放的态度,多种合作方式都可以探讨展开,如专利授权、专利互换、专利池共享、合资入股、材料外售等等。目的还是把这条技术路线扩大。

4)从终局来看,无钴材料路线是否能达到成本最优?这种技术路线的拐点,是否需要有大规模的行业协同,才能实现路线的扩展,和当前三元和铁锂相似的地位?

无钴材料的合成原料里去除了钴元素,首先从BOM角度降低了成本。其次,无钴材料合成工艺和常规三元的合成可实现共线生产,不需要专配生产线,这就为其大规模推广提供了便利。蜂巢能源的无钴材料,从材料层级、电芯层级、模组层级、pack层级、整车层级进行了层层验证,取得了优异的验证结果,完全满足了使用要求,搭载无钴电池的整车也将很快面世。

无钴材料各项性能得到用户的认可后,其大规模推广即可很快实现。当然,大规模的行业协同肯定会更有利于产生规模效应。在公司示范效应产生后,逐渐会有同行业的友商和上下游加入这个技术路线,到时候的地位会更加突出。

5)从使用层面,无钴的技术路线到底是什么定位?适合哪些汽车技术产品?

无钴的技术路线,主要是为了平衡电动汽车用户对长续航、高安全、高快充、低成本的特性的均衡追求,基于三元体系上衍生出来的NMX的无钴路线,还是需要产品支撑。

目前来看,无钴材料可实现高能量密度电芯的产品设计。由蜂巢能源H平台的无钴正极材料所打造的电池产品,从测试数据来看成绩斐然。常温下无钴电池的循环寿命将达到2500次以上。能量密度方面,无钴电池目前可以做到240~245Wh/kg,远高于主流磷酸铁锂电池的170~180Wh/kg水平,也十分接近811体系三元锂电的240~250Wh/kg水平。

至于大家普遍较为关注的安全性上,蜂巢能源的无钴电池除了在抗过充方面具有天然优势,其热稳定性也十分出色,所完成的150℃的热箱测试,远高于国标所要求的的130℃标准。这对比811体系的三元锂电而言,代表拥有更好的热稳定性能。

蜂巢能源首款无钴产品115Ah已于2021年7月开始量产。搭载此款无钴产品的长城樱桃猫系列整车也将很快面世。综合无钴产品的性能,可适合搭载中高端长续航汽车产品。

如上所述,述因磷酸铁锂体系的能量密度上限问题,搭载铁锂体系电芯的整车,普遍存在续航里程偏低问题,同时磷酸铁锂体系的低温性能较差,导致冬天整车续航里程大幅下降。

而无钴电芯的能量密度大幅高于磷酸铁锂,低温特性也明显优于磷酸铁锂。所以同级别车辆,搭载无钴电芯,消费者会明显感知续航里程的增加,并且续航受天气温度的影响也较小。

这里还要提及的是,面对磷酸铁锂的长期成本竞争优势,低镍无钴E平台所诞生的115Ah电芯,最终的目标是要比同容量磷酸铁锂电池能量密度提升20%,同时目标要降低17%的成本。也就是要实现无钴E电芯在中里程的车上已经具备替代铁锂产品的性能和成本竞争力。这个目标是非常具有挑战性的,一旦做成了,潜力也是最大的。

小结:通过对蜂巢的一些采访,我想各位读者可能对蜂巢推行的这条技术路线有一些更深刻的理解,我衷心祝愿这条路线能做起来。


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