蜂巢能源究竟如何實(shí)現(xiàn)無鈷電池

隨著新能源汽車的迅猛發(fā)展，鈷的需求量也在持續(xù)激增。如果不考慮回收，2026年以后，鈷就將供不應(yīng)求；有限的鈷元素資源，無法支撐新能源汽車無限的發(fā)展空間。

特斯拉CEO馬斯克多次提到降低電池中鈷的使用比例，甚至是無鈷的電池方案，也正是表達(dá)了汽車企業(yè)需求端對于擺脫資源約束的迫切性。全球電池供應(yīng)商和車企都在想各種辦法減少鈷在三元電池中的含量。但解決鈷的使用不能以犧牲高能量密度的電池技術(shù)路線（續(xù)航里程）為代價(jià)。

蜂巢能源發(fā)布的兩款無鈷電池！

蜂巢能源基于材料體系的前瞻性研發(fā)，在全球首先發(fā)布了基于無鈷材料的電芯產(chǎn)品，這種NMX的無鈷材料，這種方案具有高循環(huán)壽命、高安全性和高能量密度的核心優(yōu)勢。

蜂巢能源在5月18日的《無鈷·芯未來》線上發(fā)布會上亮相了兩款無鈷電池。這兩款電芯的發(fā)布，標(biāo)志著無鈷電池正式進(jìn)入落地階段，可以實(shí)現(xiàn)最高達(dá)880公里的續(xù)航里程，是電動汽車實(shí)現(xiàn)對燃油車銷量“彎道超車”的戰(zhàn)略武器。

第一款產(chǎn)品是是基于590模組的電芯設(shè)計(jì)，容量為115Ah，電芯的能量密度達(dá)到245wh/kg；這款產(chǎn)品的特點(diǎn)，是在通用化電芯尺寸設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上完成的。它能夠搭載到目前大部分新的純電平臺上，出色的循環(huán)壽命和日歷壽命特性，使得這款電芯在整車端能夠?qū)崿F(xiàn)15年120萬公里的質(zhì)保，在2021年6月份推向市場。

第二款是L6薄片無鈷長電芯，容量226Ah， 這款產(chǎn)品正在與汽車企業(yè)合作開發(fā)，在先進(jìn)的矩陣式PACK設(shè)計(jì)支持下，是全球第一款可以實(shí)現(xiàn)880公里的續(xù)航里程的車型，預(yù)計(jì)可以在2021年下半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)?？梢灾v這兩款產(chǎn)品使得純電動汽車徹底擺脫了里程焦慮。

在理論安全性方面，NMX無鈷電池已經(jīng)通過了國標(biāo)和歐標(biāo)的全部安全性測試，其安全性能優(yōu)于三元電池。以熱穩(wěn)定性為例，它可輕松通過150℃的熱箱實(shí)驗(yàn)。

蜂巢能源如何實(shí)現(xiàn)無鈷電池？

要實(shí)現(xiàn)無鈷化，就要解決三個(gè)問題，一是Li/Ni混排問題，二是循環(huán)性能差的問題；三是，高電壓平臺下電解液氧化分解的問題。

蜂巢能源主要是通過三項(xiàng)技術(shù)來解決上述問題，陽離子摻雜技術(shù)、單晶技術(shù)和納米網(wǎng)絡(luò)化包覆技術(shù)。

所謂陽離子摻雜技術(shù)，蜂巢能源是采用與氧化學(xué)鍵鍵能高的陽離子摻雜到晶體結(jié)構(gòu)中，提高材料的上限電壓。蜂巢能源是采用了兩種化學(xué)鍵能更強(qiáng)大的元素替代鈷，摻雜到材料中。通過強(qiáng)化學(xué)建穩(wěn)定氧八面體結(jié)構(gòu)，減少Li/Ni混排，大幅改善的材料的穩(wěn)定性，并可以在4.3——4.35V電壓下穩(wěn)定工作，能量密度比磷酸鐵鋰提高40%，而成本降低。

第二項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是單晶技術(shù)。電池在極片制作過程中需要經(jīng)過一道關(guān)鍵的工序——高強(qiáng)度的輥壓，這是為了在有限的空間之內(nèi)加入更多的活性物質(zhì)，所以要追求更高的壓實(shí)密度。多晶材料在輥壓過程中顆粒破碎明顯，會直接導(dǎo)致正極與電解液反應(yīng)產(chǎn)生大量的氣體，造成電池壽命加速衰減和產(chǎn)生安全問題；

同時(shí)材料的結(jié)構(gòu)也會崩塌，鋰離子無法移動，造成壽命會快速衰減。單晶材料具有更強(qiáng)的顆粒強(qiáng)度和更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，壓力強(qiáng)度比多晶可以提高10倍，能夠有效提升電池的能量密度，同時(shí)單晶材料不容易崩塌，電芯壽命可以比多晶高鎳三元電芯高出70%。

第三項(xiàng)黑科技技術(shù)——納米網(wǎng)絡(luò)化包覆技術(shù)。蜂巢能源在無鈷材料的合成過程中，采用了納米網(wǎng)絡(luò)包覆技術(shù)，在單晶表面包括一層納米氧化物，可以減少正極材料跟電解液的副反應(yīng)，該技術(shù)有效的改善了高電壓下的材料循環(huán)性能。

蜂巢能源希望從電芯、pack的設(shè)計(jì)層面設(shè)計(jì)層面使電池性能再上一個(gè)臺階。 蜂巢能源在產(chǎn)品工藝上選擇疊片工藝，可以有效提高方形電芯內(nèi)部的體積空間利用率，層狀結(jié)構(gòu)可以使極片的平整度更好，應(yīng)力更均勻，膨脹變形也更小，該設(shè)計(jì)可以使無鈷電芯能量密度再提升5%，循環(huán)壽命上再提升10%。

此外，長薄電芯的設(shè)計(jì)是兩側(cè)出極耳。這樣可以做到電芯底部和頂部都是平整的，沒有極耳傳統(tǒng)的電芯是在頂部有兩個(gè)極耳。這一設(shè)計(jì)為熱管理帶來了變革。傳統(tǒng)電芯只能靠單一地面冷卻的形式，這種電芯可以通過上下雙層冷卻，更精準(zhǔn)的控制電池的溫度。

“相對傳統(tǒng)pack可以提升冷卻效果40%，低溫加熱達(dá)到每小時(shí)60~70攝氏度，溫度誤差控制在20~35度之間，溫差控制在5攝氏度內(nèi)?！?/p>

pack層面，蜂巢能源采用矩陣式設(shè)計(jì)，將電池包劃分為兩個(gè)矩陣網(wǎng)格，將薄片無鈷電池規(guī)則的排列在網(wǎng)格內(nèi)，在電池包內(nèi)部組成大型矩陣模塊，矩陣跟矩陣之間相互關(guān)聯(lián)，又相互獨(dú)立，正常工況能夠保證整個(gè)矩陣模塊的剛度；非常規(guī)極端工況下，例如側(cè)碰，則能夠通過多個(gè)電芯分散撞擊力，保證電池包和整車的整體安全。

矩陣式結(jié)構(gòu) 4通過安全性測試 楊紅新表示，矩陣式結(jié)構(gòu)不僅能夠降低pack非增值部件的重量，而且在保證安全的情況下，還能夠做到80%的成組效率，要高于傳統(tǒng)模組和CTP 72%—75%的成組效率。

在制程方面，蜂巢能源建立車規(guī)級AI智能工廠，來進(jìn)一步提升產(chǎn)品的質(zhì)量，例如較高的自動化水平和超高的異物檢測水平等。 安全性方面，蜂巢能源無鈷電池產(chǎn)品通過了國標(biāo)和歐標(biāo)的全部安全性測試，在安全性能優(yōu)于三元電池，以熱穩(wěn)定方面為例，通過150℃的熱箱實(shí)驗(yàn)。

蜂巢無鈷電池正式量產(chǎn)，安全性、穩(wěn)定性等可靠耐用性若得到市場檢驗(yàn)，那么無疑將對全球純電車消費(fèi)市場的前景形成極其有利的局面。

編輯：jq