蜂巢能源进入“无钴”时代

原创 文/崔力文 时间:2020-05-18 23:41

可以预见,明年的动力电池市场“无钴之战”将会变得愈发激烈,而对率先出牌的蜂巢新能源而言,其已经做好准备。

必须承认,此刻的全球汽车市场已然进入到“电动化”转型的浪潮之中。所以不论你是燃油车的死忠还是新能源的信徒,有一个不争的事实——未来是属于新能源汽车的。而新事物的出现总是踏着旧事物的遗骸,任何试图阻碍历史的家伙无一不被淘汰。

在此背景下,全球新能源汽车销量从2013年的20.2万辆已然上升至2019年的221万辆。在百年未遇的大变革下,全球政府都在推动新能源汽车的推广和使用,预计到2035年全球新能源汽车的市场渗透率将达到50%。并且新能源技术路线还在向纯电动方向所倾斜,以特斯拉为代表的车企,在不断推出更高产品力的纯电动产品的同时,其所需动力电池也在追求安全性、续航、寿命的进一步提升

不可否认,伴随电动汽车销量的激增,动力电池行业的前景也在变得愈发明朗,只是更大的危机也在一并逐渐显现出来。众所周知,目前动力电池所采用的正极材料“钴”仍占据着一定比重,其不但可以稳定材料的层状结构,而且可以提高材料的循环和倍率性能。

但是钴在地壳中的含量较低,丰度仅为 0.0025%,全球陆地钴的储量约为710 万吨,区域分布却十分集中,刚果在全球钴储量的占比为 52%,其他国家和地区储量占比则较低。在全球目前的钴元素消耗中,约50%左右用在锂电池上,包括车用锂电池以及消费类电子用的锂电池。

随着新能源汽车的迅猛发展,钴的需求量也在持续激增。如果不考虑回收,2026年以后,钴就将供不应求,有限的钴元素资源,无法支撑新能源汽车无限的发展空间。因此基于该痛点,特斯拉CEO马斯克多次提到降低电池中钴的使用比例,甚至是无钴的电池方案,也正是表达了汽车企业需求端对于摆脱资源约束的迫切性。

而对各家车企与各家动力电池供应商而言,谁能率先推出“无钴电池”,就能在维系自身可持续性发展的过程中抢占先机。而就在昨晚,先于特斯拉、宁德时代等一众传统意义上的明星企业,长城汽车旗下的蜂巢能源先行一步发布了无钴电池,并且一发布就是两款。

其中第一款电池是基于590模组的电芯设计,容量为115Ah,电芯的能量密度达到245wh/kg。这款产品的特点,是在通用化电芯尺寸设计基础上完成的。它能够搭载到目前大部分新的纯电平台上,出色的循环寿命和日历寿命特性,使得这款电芯在整车端能够实现15年120万公里的质保,在2021年6月份推向市场。

而第二款产品则为L6薄片无钴长电芯,容量226Ah,在先进的矩阵式PACK设计支持下,是全球第一款可以实现880公里的续航里程的车型,预计可以在2021年下半年实现量产,并且目前正在与长城汽车的一款高端车型做适配性开发。

同时在安全性方面,据官方透露,两款电池均已通过国际和欧标的全部安全性测试。结果表明,蜂巢无钴电池的安全性优于目前的高镍三元电池。而在发布会现场,蜂巢能源也对电池的安全性做出了测试。其分别将普通三元高镍动力电池和蜂巢无钴电池分别装进一个内部温度为140℃、150℃的热箱中,三元电池在140℃热箱中30分钟后开始起火,而蜂巢无钴电池30分钟后仍未起火。

至于蜂巢无钴电池究竟采用了怎样的创新点?据资料显示,该电池采用了两种化学键能更强大的元素代替钴掺杂到材料中,通过强化学键稳定氧八面体结构,从而减少了锂镍混排,大幅度改善了材料的稳定性,并可以在4.3-4.35V电压下稳定工作使能量密度提高,降低成本。

同时,采用单晶体技术可以改善电池的安全性和寿命,单晶与多晶相比,具有更强的颗粒强度和更加稳定的结构,耐压力强度比多晶可以提高10倍。因此无钴电池相比三元锂电池使用寿命更长、电芯耐用度更高。此外,蜂巢能源还采用了纳米网络包覆技术,在单晶表面包覆一层纳米氧化物,可以减少正极材料与电解液的副反应,有效改善了高电压下的材料循环性能。

不过仅有材料端的创新对于蜂巢无钴电池的研发还是不够的,所以后者在工艺设计与制造上也采用了颠覆性的流程。在工艺端,蜂巢能源使用叠片工艺设计,有效提高方形电芯内部的体积空间利用率。且叠片层状结构可以使极片的平整度更好、应力更均匀、膨胀变形也更小,该设计可以使无钴电芯在能量密度方面再提升5%、循环寿命上再提升10%,相较卷绕工艺安全性也更高。

而在动力电池较为重要的PACK端,蜂巢能源采用矩阵式设计,将电池包划分为两个矩阵网格,将长的薄片无钴电池,规则排列在网格内,在电池包内部组成大型矩阵模块,矩阵跟矩阵之间相互关联又相互独立,正常工况时能够保证整个矩阵模块的刚度,在非常规极端工况下,比如说侧碰,则能够通过多个电芯分散撞击力,保证电池包和整车的整体安全。

总之,对于蜂巢无钴电池而言,其在材料端与结构端的创新可谓是颠覆性的。不过就在不久之前,宁德时代举行的2019业绩说明会上,据其董事长曾毓群透露:“公司有自己的无钴电池技术储备,目前研发进展顺利,正在想办法搞好供应链,因为是一个全新的、颠覆性的产品。”同时据外媒透露,特斯拉“电池日”尽管推迟到下月举行,但是前者届时仍然会发布具有行业颠覆性的“无钴电池”。

因此可以预见,明年的动力电池市场“无钴之战”将会变得愈发激烈,而对率先出牌的蜂巢能源而言,其已经做好准备。

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