安全和续航只能二选一？蜂巢能源重新定义无钴“芯“标准
近年来，“高镍低钴”成为三元锂电池的发展趋势，车企和动力电池企业在降低钴元素比例方面也在不断地进行研发和突破。从最早的钴酸锂中的59%，到目前普遍应用的NCM523中的12%，再到下一代NCM811中的7%，正极材料中的含钴比例一直在降低。直到今天，已有企业能够将钴含量减到0，即真正做到镍锰钴三元材料不含钴，它就是本土动力电池新星——蜂巢能源。
图片来源：蜂巢能源官方
5月18日，蜂巢能源正式对外推出两款无钴电池新产品：115Ah和L6薄片无钴长电芯，成为全球首家成功研发出无钴电池的企业。
据蜂巢能源官方信息，115Ah能量密度达到245wh/kg，匹配590标准模组，能够搭载到目前大部分新的纯电平台上，这款产品的电池包在整车端，能够实现15年120万公里的质保；L6薄片无钴长电芯容量为226Ah，目前正在与长城汽车的一款高端车型做适配开发，预计可以实现880公里的续航。根据规划，115Ah将在2021年6月份推向市场；L6计划在2021年下半年推向市场。
图片来源：蜂巢能源官方
续航880KM的无钴电池威力何在？
对当下的动力电池产业而言，蜂巢能源无钴电池的推出无疑是一项重大突破。
一直以来，动力电池的安全性、续航里程和使用寿命都是横亘在产业发展过程中的三座大山。当前国内新能源汽车动力电池主要以锂电池为主，一种是以镍钴锰（NCM）、镍钴铝（NCA）为主要材料的三元电池，另一种则是磷酸铁锂电池。前者能量密度高，续航能力强，但是不得不在安全和使用寿命上做出一定让步；后者安全性较好但是续航里程不尽人意，虽然可以通过结构设计创新来增加容量，但是增加重量带来的电耗也将随之增加。
蜂巢能源无钴电池则兼具高安全、高能量和高寿命的特点。测试数据显示，蜂巢能源无钴电池的循环寿命在DOD为92%时为2500个循环，优于高镍三元电池；同时，与高镍三元电池相比，蜂巢能源无钴系统增加了Mn的含量并显著提高了安全性；此外，长续航性能支持单次充电可达到880公里的续航，比比亚迪新近推出的刀片电池更长。
目前，在国内已经量产的纯电车型中，NEDC续航最高的为706公里，而达到600公里的也只有5款，其它都在600公里以下。可以预见，蜂巢能源无钴电池一旦实现量产装车，势必将大大降低消费者对的里程焦虑。
与此同时，对整车厂而言，蜂巢能源无钴电池可降低其对钴价变化的敏感性，有利于预期管理，控制成本。
众所周知，钴作为一种稀缺金属，是当下锂电池正极材料中的重要组成部分，然而受储量小，主要出产地政治不稳定，供需失衡等多种原因，钴资源无法支撑起汽车的无限发展空间。
今年年初，特斯拉宣布最新一代高镍电池钴含量会进一步降至3%以下，客观上已经相对“无钴”。在业界看来，特斯拉“去钴”核心在于变被动为主动，降钴后，特斯拉将不再受制于钴价大幅波动对整体成本造成太大影响，可以对单车成本做预期管理，降低对钴价巨幅波动的敏感性。
且更为重要的是，随着汽车补贴政策的逐步退坡，降低电池成本同样成为行业发展的重要考量因素。在实现电池性能进一步突破的同时，将占据正极成本30%的钴材料去除，更有利于企业成本控制。
基于以上，也就不难理解国内外的主流动力电池企业为何纷纷将低钴和“无钴化”作为下一代动力电池技术的研发方向，只不过蜂巢能源走在了前列。
蜂巢能源如何占得先机？
在动力电池市场，蜂巢能源算得上是一家新势力，这家成立于2018年的企业，为何能在短时间内取得如此大的突破？
对此，蜂巢能源的答案是，蜂巢能源前身是长城汽车的动力电池事业部，于2018年从长城汽车完全剥离出来，早在2012年蜂巢能源就开始展开电芯的预研工作，为了将无钴材料推向量产应用，蜂巢能源投入了海量的研发资源，进行了大量的分析测试。
“为了使无钴材料走到规模化应用阶段，我们通过多种复合技术，显著改善了无钴层状材料的镍锂离子混排问题以及循环寿命的问题。” 蜂巢能源总裁杨红新强调称，实现突破无钴技术瓶颈，有三项技术极为关键，分别是阳离子掺杂技术、单晶技术和纳米网络化包覆。
据介绍，蜂巢阳离子掺杂技术采用两种化学键能更大的元素掺杂到材料中替代钴，通过强化学键稳定氧八面体结构，减少锂镍混排，大幅改善了材料的稳定性，可以在4.3-4.35V电压下稳定工作，实现能量密度比磷酸铁锂提高40%。
单晶技术则可以改善电池的安全性和寿命。电池在极片制作过程中，为了在有限的壳体空间内加入更多的活性材料，要经过高强度辊压。与多晶材料相比，单晶材料在辊压过程中具有更强的颗粒强度和更加稳定的结构，耐压力强度可以提高10倍。正是这种稳定的晶体结构，为无钴材料带来超长的使用寿命，电芯寿命可以比多晶高镍三元高出70%。
在无钴材料的合成过程中，蜂巢能源还采用了纳米网络包覆技术，即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。该技术可有效改善高电压下的材料循环性能。
正是在上述三大黑科技的加持下，蜂巢能源在无钴材料的开发中大获成功，也为彻底解决动力电池安全、续航、寿命3大痛点点燃了希望。
不过，杨红新坦言，材料开发的成功是时代赋予蜂巢人的历史机遇，要想将无钴材料的性能充分应用到上，还需要有卓越的电芯设计、PACK设计和制造技术。
资料显示，蜂巢能源是叠片电池品类开创者。使用叠片设计的电芯，可以有效提高方形电芯内部的体积空间利用率，层状结构可以使极片的平整度更好、应力更均匀、膨胀变形更小。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%。
另外，蜂巢能源采用的矩阵PACK设计能够更好地降低PACK非增值件的重量，在保证安全性的前提下能够做到80%的成组效率（传统模组的PACK水平在72%，VDA电芯CTP做到75%），而且给热管理带来变革，能够改变传统电芯单一地面冷却形式，通过上下双层冷却达到更精准控制电池温度的效果，相对传统PACK提升冷却效果40%，低温加热达到60~70℃/h，温度控制在25~35℃之间，温差控制在5℃以内。
电池产品生产环节众多，想要做出品质上乘的成品，还离不开精密严格的生产水平。为此，蜂巢能源斥巨资在江苏金坛建立了中国首个“车规级AI智能电池工厂”，并采用超高标准设计。
在叠片电芯设计、矩阵PACK设计和车规级AI智能电池工厂等条件的综合作用下，蜂巢能源无钴电池得以顺利推出，也为其高安全、高能量和高寿命性能做出了可靠保证，期待这一全新的动力电池产品早日量产装车，进而加大新能源汽车的推广普及。
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