當(dāng)補貼逐漸失去效用，電動汽車進入價格戰(zhàn)時，整車和動力鋰電池都出現(xiàn)了一些新動向：

比亞迪漢EV600km，小鵬P7706km，威馬Maven概念車800km中高端電動汽車的長續(xù)航牌在新車上體現(xiàn)的淋漓盡致。

整車?yán)m(xù)航競爭的核心是動力鋰電池。

蜂巢能源、TSLA的無鈷電池和CTP方法，比亞迪的刀片電池結(jié)構(gòu)這些近日炒得火熱的動力鋰電池新概念，成就整車的長續(xù)航、降本和安全，成為整車競爭的核心之一。

不是少鈷，而是真0鈷

無鈷電池的概念在近幾年一直是各大電池廠的口頭熱詞。基本上，電池廠都認(rèn)可，動力鋰電池少鈷化或者無鈷化，是行業(yè)技術(shù)一大趨勢，也是必然。

今年，出現(xiàn)了一些無鈷電池商業(yè)上的炒作，將無鈷電池和磷酸鐵鋰電池劃等號的說法。這無疑是玩了一把文字游戲，倒回去找方法。

從正極材料源頭直面無鈷問題，TSLA、蜂巢能源采取的方法是從少鈷走到0鈷。

少鈷電池包含高鎳三元NCM811，NCM90，以及四元電池NCMA。不少電池廠都為如何實現(xiàn)無鈷電池的量產(chǎn)殫精竭慮。

TSLA低鈷（3%）材料已量產(chǎn)，用于Model3。第二代無鈷材料也在加快開發(fā)，預(yù)計未來兩年內(nèi)應(yīng)用到電芯中。

蜂巢能源和LG化學(xué)采取的少鈷電池策略是將NCM和NCA相結(jié)合，即將鋁摻雜到原始NCM電池正極材料中，開發(fā)NCMA四元電池，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

接下來，蜂巢的無鈷電池將于2021年SOP，將正極材料中的鈷含量減到0，徹底去除鈷。

從少鈷到無鈷的開發(fā)，電池公司和主機廠都在一點點試探鈷含量的底線，確保新電池能夠在拔高性能時盡可能地平衡能量密度、安全、壽命和成本。

鈷元素在正極材料中重要有兩大用途：1、減少鋰鎳混排；2、抑制充放電過程中的相變，提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

假如減少鈷的用量，提高鎳的含量，會導(dǎo)致鋰鎳混排，從而造成鋰的析出，并且無法抑制鎳的相變，降低循環(huán)性能。因此，鈷含量少的NCM811電池有著安全性差及循環(huán)壽命衰減較快的問題。

于是，電池公司在高鎳三元電池中摻入第四元素，它使得晶粒之間的邊界強度增強，減少了有害相變轉(zhuǎn)變的微隙，讓材料結(jié)構(gòu)和反應(yīng)變得更加穩(wěn)定。

這是否意味著，考慮到鈷在減少鋰鎳混排上的關(guān)鍵用途，它仍是高鎳動力鋰電池的必須元素呢？

TSLAJefferyDahn研究團隊發(fā)現(xiàn)，高鎳含鈷電池中少量的鈷用途很小，或幾乎沒有。

Dahn團隊研究了摻雜Al、Co、Mn、Mg（摻雜量為0.05和0.1）對鎳酸鋰電化學(xué)性能、結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的影響。

實驗數(shù)據(jù)表明：1、用Al和Mg替代Co元素同樣能夠獲得非常低的Li/Ni混排率，這表明Co元素關(guān)于抑制Li/Ni混排并不是必須的；2、摻雜Mg和Al都能抑制高鎳材料的H2-H3相變，從而改善循環(huán)壽命；3、摻雜Mg和Al、Mn的無鈷高鎳材料可以抑制正極和電解液的副反應(yīng)，安全性也好于高鎳含鈷材料。

也就是說，找到改善無鈷層狀材料的鎳鋰離子混排問題以及循環(huán)壽命，實現(xiàn)化學(xué)鍵穩(wěn)定的技術(shù)，可以完全無鈷。

無鈷電池開發(fā)到了什么程度？

現(xiàn)在，蜂巢能源、TSLA正在將無鈷電池從理論變?yōu)楝F(xiàn)實。兩相比較之下，TSLA多在理論階段，且有讓步的打算，蜂巢的無鈷產(chǎn)品經(jīng)過安全測試，兩款產(chǎn)品將于明年SOP。

TSLACEO馬斯克2018年在推特上宣示，下一代動力鋰電池將是無鈷電池。此后它在采用少鈷的NCA電池時，內(nèi)部展開Roadrunner項目，和學(xué)術(shù)動力鋰電池研究團隊合作探索不同高鎳-摻雜體系下的正極材料。

今年二月，路透社一篇有關(guān)TSLA采用CATL無鈷電池的報道，立刻吸引了行業(yè)的關(guān)注。經(jīng)過挖掘，它采用的是后者的磷酸鐵鋰電池，真正的無鈷電池將在其五月份電池日上公布。

然而，近日路透社的另一篇報道似乎暗示著TSLA電池日不會公布無鈷電池，重點將為基于NCM523的長壽命電池。考慮到鈷材料的回收，TSLA延遲無鈷電池的公布。

若消息屬實，無鈷電池的研發(fā)和量產(chǎn)很有可能將始于蜂巢能源。

蜂巢的無鈷電池建立在探索、發(fā)展了20年的鎳錳酸鋰材料上。

早在2000年，T.Ohzuku等學(xué)者就發(fā)表了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的層狀材料LiNi0.5Mn0.5O2的文章，從理論上證明了鎳錳酸鋰是一種有前景的材料。

Ohzuku教授是鋰電領(lǐng)域的大師，在NCM111、鈦酸鋰、錳酸鋰以及上文提到的鎳錳酸鋰等電池技術(shù)上都有重大貢獻。

2001年首次制備出鎳錳酸鋰的Ohzuku發(fā)現(xiàn)，該電池在2.5~4.5V之間約有200mAh/g的比容量（和NCM811相當(dāng)）。不足在于它存在8%~10%的鋰鎳混排；循環(huán)性能不夠理想，要在高電壓下充放電。

因此，解決無鈷層狀材料的鎳鋰離子混排以及循環(huán)壽命問題，關(guān)系到無鈷電池何時能夠商業(yè)化。

蜂巢能源通過三項關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)出無鈷電池：1、陽離子摻雜技術(shù)；2、單晶技術(shù)；3、納米網(wǎng)絡(luò)化包覆。

摻雜和包裹等改性措施，關(guān)于動力鋰電池減少鋰鎳混排、提升材料穩(wěn)定性不可或缺。單晶材料更耐壓，壽命更長久。

首先，摻雜技術(shù)，促使過往二元電池、三元電池、四元電池的誕生。鈷和錳摻雜到鎳酸鋰電池中出現(xiàn)NCM和NCA三元電池，NCMA就是鋁對NCM的摻雜。從材料體系上看，無鈷電池使高鎳三元徹底背棄傳統(tǒng)三元的體系，回到二元電池時代。

通過陽離子摻雜技術(shù)，蜂巢可提高材料的上限電壓，實現(xiàn)能量密度比磷酸鐵鋰電池提高40%。

蜂巢采用了兩種化學(xué)鍵能更大的元素，替代鈷，摻雜到材料中。通過強化學(xué)鍵穩(wěn)定氧八面體結(jié)構(gòu)，該技術(shù)減少鋰鎳混排，大幅改善了材料的穩(wěn)定性，可以在4.3-4.35V電壓下穩(wěn)定工作，使能量密度提高，成本降低。

單晶技術(shù)可以改善電池的安全性和壽命。和多晶相比，單晶技術(shù)顆粒強度更高，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，耐壓力強度可以提高10倍。

電池在極片制作過程中，為了在有限的殼體空間內(nèi)加入更多的活性材料，要經(jīng)過高強度輥壓。在測試中可以清楚地看到，多晶材料在輥壓過程中，顆粒破碎明顯，會直接導(dǎo)致正極和電解液反應(yīng)，出現(xiàn)大量氣體，造成電池壽命加速衰減和出現(xiàn)安全問題；同時材料的結(jié)構(gòu)崩塌，使鋰離子無法移動，造成壽命快速衰減。

而單晶卻非常穩(wěn)定。正是這種穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，為無鈷材料帶來超長的使用壽命，電芯壽命可以比多晶高鎳三元高出70%。

納米網(wǎng)絡(luò)化包覆，自然界中三角網(wǎng)絡(luò)是韌性最高的結(jié)構(gòu)。蜂巢在無鈷材料的合成過程中采用此包覆技術(shù)，在單晶表面包覆一層納米氧化物，可以減少正極材料和電解液的副反應(yīng)。該技術(shù)有效地改善高電壓下的材料循環(huán)性能。

當(dāng)前，蜂巢的無鈷材料已完成百公斤級試產(chǎn)，采用該無鈷材料的電芯產(chǎn)品同步開發(fā)中，能量密度達到240~245Wh/kg。

第一款無鈷產(chǎn)品是115Ah，能量密度達到245wh/kg。它能夠匹配590標(biāo)準(zhǔn)模組，能夠搭載到目前大部分新的純電平臺上，這款產(chǎn)品的電池包在整車端，能夠?qū)崿F(xiàn)15年120萬公里的質(zhì)保。它將在2021年六月份推向市場。

第二款產(chǎn)品是L6薄片無鈷長電芯，容量226Ah，能量密度達到240Wh/kg。這款電池正在和長城汽車的一款高端車型做適配開發(fā)，預(yù)計在2021年下半年推向市場。

蜂巢能源總裁楊紅新表示，這款無鈷電池通過了國標(biāo)和歐標(biāo)的全部安全性測試。結(jié)果表明，通過材料摻雜、單晶技術(shù)和納米網(wǎng)絡(luò)化包裹，蜂巢的無鈷電池在能量密度和高鎳三元相當(dāng)，使用壽命和安全性高于高鎳三元。

長電芯在制造中更考驗制造工藝。在長電芯的制造過程中，疊片工藝比卷繞工藝更加有優(yōu)勢。蜂巢能源已經(jīng)順利投產(chǎn)的車規(guī)級AI智能廠一期項目，已經(jīng)成熟掌握了高速疊片工藝技術(shù)，已經(jīng)可以實現(xiàn)L6疊片長電芯的高效率大批量生產(chǎn)。

電池研發(fā)不是自嗨，而要真實可用

BEV乘用車選擇何種電池，是基于定位而定。近兩年OEM公布或上市的新車在推廣時大多具有幾個特點：平臺化，長續(xù)航里程，高安全，價格競爭力。

平臺化要求動力鋰電池能夠最大程度地兼容到現(xiàn)有電動汽車平臺上，實現(xiàn)最大化的通用性。

楊紅新表示，蜂巢分析當(dāng)前市場上的主銷車型寬度后發(fā)現(xiàn)，主流的A0級、A級以及B級以上的平臺適用于長度在1150mm-1300mm的長電芯。假如按照1米或1米以上的長度做電芯，勢必會顧此失彼，某款車可能匹配較好，另外一些或者裝不下，或者空間不能足夠得到利用，這就違背了提高空間利用率的初衷。也就是說，過長的尺寸會降低對市場主流乘用車的適配性和靈活性。

經(jīng)測算，600mm左右的尺寸或者2*600mm左右的尺寸，似乎可以覆蓋到市場上主銷的80%的車型的需求。

長而薄的600mm左右的電芯可以裝配在矩陣網(wǎng)格中，規(guī)則排列組成大型矩陣模塊，矩陣之間相互關(guān)聯(lián)又相互獨立，正常工況時能夠保證整個矩陣模塊的剛度，非常規(guī)極端工況下，比如側(cè)碰，則能夠通過多個電芯分散撞擊力，保證整體安全。

矩陣式PACK設(shè)計也和之前使用590模組的平臺具有很好的兼容切換性，主機廠可以不做額外的修改和變更。

單晶無鈷電芯和矩陣式PACK設(shè)計，可以實現(xiàn)整車?yán)m(xù)駛里程達880公里。以長城B級車為例，在L6無鈷電池和無模組方法的用途下，它的電量可以達到135度電，續(xù)航里程880公里，是國內(nèi)純電動汽車?yán)m(xù)航最長的車型。

為了解決消費者的續(xù)航焦慮，車企自2019年下半年推出的新車新增了550公里以上續(xù)航的版本。今年尤其瘋狂，600公里續(xù)航的新車變得普遍，700公里或800公里續(xù)航的新車接二連三到來。

動力鋰電池必須撐得起主機廠的長續(xù)航需求。很明顯，蜂巢的無鈷電池瞄準(zhǔn)了主機廠的此類需求。它和高鎳三元CTP電池、四元電池可以成為續(xù)航在600km以上緊湊型和中大型車的主流電池選擇。

長續(xù)航之外，電動汽車不僅要和其他電動汽車比拼價格，更要和燃油車拼價格。占電動汽車總成本四成的動力鋰電池，自然也就成為降本重點對象。

電池公司重要從材料創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新兩方面降成本，在正極材料去鈷，無模組設(shè)計提高成組效率。

探索無鈷方法，最重要的原因就是降本。電芯整體成本中，原材料成本占據(jù)很大比例，特別是正極材料占到整個材料成本的40%。大力發(fā)展和推廣降低成本的正極材料，也就成為降低電池成本的重中之重。

無鈷技術(shù)的實現(xiàn)，可使電芯成本下降10-15%，完全擺脫正極材料對鈷的依賴。同時，無鈷材料電池還防止了材料受戰(zhàn)略資源影響情況的出現(xiàn)。

楊紅新解釋稱，無模組矩陣式PACK設(shè)計能夠降低PACK非增值件的重量，在保證安全性的前提下能夠做到80%的成組效率（傳統(tǒng)模組的PACK水平在72%，VDA電芯CTP做到75%）。

當(dāng)新電池技術(shù)處處為整車開發(fā)和應(yīng)用考慮，它才能讓主機廠發(fā)揮出電動汽車平臺的最大效益。

有業(yè)內(nèi)人士曾評價當(dāng)前推出的動力鋰電池新方法，動力鋰電池作為電動汽車的關(guān)鍵零部件，是否能成為主流趨勢重要取決于下游整車客戶是否會大規(guī)模采用。

讓電池適用于車，適用于已經(jīng)定型或正在定型的電動汽車平臺，而非車適用于電池。