成都車展上，長城旗下的尤拉汽車釋出了一款搭載無鈷電池的全新A+級電動SUV，這款名為櫻桃貓的車型將推出兩個動力電池版本——磷酸鐵鋰的版本是61kWh，NEDC續航里程為470km；而採用長城旗下蜂巢能源提供的無鈷鋰離子版本為82。5kWh電池組，NEDC續航里程600km。我想從這個無鈷電池來探討一下行業整體的電池技術方向，並且與蜂巢方面做一些採訪溝通。
圖1 蜂巢的無鈷電池包
PART 1：動力電池的技術方向
從當前的中國動力電池技術路線來看，寧德時代主要涉及了磷酸鐵鋰、中鎳高電壓、高鎳三元和鈉電池等幾個方面，分成了高性價比、高能量密度兩條大的發展路徑，配上了鈉電池這樣的長期規劃。而比亞迪則從三元的電芯化學體系迴歸到磷酸鐵鋰，在EV磷酸鐵鋰和PHEV磷酸鐵鋰兩個方向來做。國內的二線電池企業，中航鋰電、國軒高科、孚能科技也是根據整體的格局從磷酸鐵鋰和三元兩個技術方向來做戰略跟隨和替代。而這兩條技術方向也是目前國內主流的技術方向。
第一類-高性價比電池
磷酸鐵鋰這個化學體系，最大的優點還是對於金屬約束少，因此目前隨著越來越多的汽車企業將入門款的車型也選擇磷酸鐵鋰。近兩年，在磷酸鐵鋰動力電芯領域做大電芯的技術路線，質量能量密度介於180-200Wh/kg之間（體積能量密度350Wh/L-450Wh/L），這和當前三元電池520Wh/L相差無幾的資料，能替代65kWh以下的需求。在這裡核心的變化，在於磷酸鐵鋰電池通過當前去模組化和CTP的方式，實現了高體積利用率的方式。
而在3-5年以後，隨著材料體系和工藝的最佳化，磷酸鐵鋰有望往質量能量密度210-230Wh/kg（體積能量密度450Wh/L-500Wh/L）的方向走。從大趨勢來看，未來磷酸鐵鋰的技術方向可以把A0-B級入門款的車型全部涵蓋。特別是我們看到比亞迪目前使用磷酸鐵鋰刀片電池的方式，覆蓋了所有的車型。
第二類-高效能電芯（高鎳路線）
這類電池主要的目標是基於高能量密度的方向，做高容量電池，建立在高鎳體系和矽碳負極上面。
在當前，高鎳電芯的質量能量密度介於240-300Wh/kg（體積能量密度560Wh/L-650Wh/L），快充時間為18-30分鐘（3。3C-2C）。下一個階段，高鎳電芯在負極匯入矽碳負極，電芯的質量能量密度有望達到300-400Wh/kg（體積能量密度630Wh/L-750Wh/L），快充時間為9-15分鐘（4C）。
我們能看到目前國外幾家電池企業的主要方向，一方面是從中鎳往高鎳方向設計，另外就是減少鈷的用量，做無鈷電池。
表1 國內外主要的電池企業技術路線：
PART 2：蜂巢的無鈷電池路線
我帶著疑問去思考蜂巢這種無鈷電池路線是什麼，有沒有可能成為在當前中國的兩條技術路線之外的另一種可能性：
1）蜂巢的無鈷電池是什麼？
這種NMX的無鈷材料，蜂巢採用了兩種化學鍵能更大的元素，替代鈷摻雜到材料中，透過強化學鍵穩定氧八面體結構。然後採取單晶技術和奈米網路化包覆，來達到穩定結構和減少正極材料與電解液的副反應的長壽命設計。
圖2 NMx無鈷是什麼
2）蜂巢開發的這種無鈷電池，有可能成為行業主要路線麼？
從蜂巢看來，目前行業內使用的磷酸鐵鋰體系成本較低，但其能量密度只能達到190wh/kg，限制了其大範圍應用。而三元體系的能量密度更高，可達250wh/kg以上，但三元材料中使用了鈷元素，受制於蘊藏量與開採量，鈷元素的國際市場價格極其不穩定，並長期保持在高位。
圖3 2019年主要資源的生產國概覽
而蜂巢能源的無鈷材料實現了鈷元素的零化，從而完全不受鈷市場的影響，並實現低成本化，同時其能量密度可與三元材料持平。故從長遠看，無鈷電池相比磷酸鐵鋰和三元電池，技術方向上具有巨大的競爭優勢，是行業發展的不可替代趨勢。
3）蜂巢一開始從垂直整合自己做正極以外，無鈷這條技術路線，是否可能讓第三方材料和電池廠家匯入這條路線、如何與蜂巢合作？
從蜂巢的角度來看，蜂巢能源目前規劃2025年產能200GWh，產品覆蓋化學體系齊全，所需正極材料種類多，需求量巨大。而蜂巢在無鈷的技術方向是嘗試垂直整合的正極——聚焦於行業短板的、創新的、更高競爭力的正極材料研發和生產，如無鈷、四元材料等。
一方面，這麼大的產能不是完全圍繞無鈷材料，也需要涉及常規的鐵鋰、三元體系材料，所以蜂巢一方面對傳統材料仍具有巨大需求，將積極進行第三方的匯入與合作。所以從無鈷這個材料技術方向來看，蜂巢能源持積極開放的態度，多種合作方式都可以探討展開，如專利授權、專利互換、專利池共享、合資入股、材料外售等等，目的還是把這條技術路線擴大。
圖4 蜂巢的無鈷電池規劃
4）從終局來看，無鈷材料路線是否能達到成本最優？這種技術路線的拐點，是否需要有大規模的行業協同，才能實現路線的擴充套件，達到和當前三元和鐵鋰相似的地位？
無鈷材料的合成原料裡去除了鈷元素，首先從BOM角度降低了成本。其次，無鈷材料合成工藝和常規三元的合成可實現共線生產，不需要專配生產線，這就為其大規模推廣提供了便利。蜂巢能源的無鈷材料，從材料層級、電芯層級、模組層級、Pack層級、整車層級進行了層層驗證，取得了優異的驗證結果，完全滿足了使用要求，搭載無鈷電池的整車也將很快面世。
無鈷材料各項效能得到使用者的認可後，其大規模推廣即可很快實現。當然，大規模的行業協同肯定會更有利於產生規模效應。在公司示範效應產生後，逐漸會有同行業的友商和產業鏈上下游加入這個技術路線，到時候的地位會更加突出。
5）從使用層面，無鈷電池的技術路線到底是什麼定位？適合哪些汽車技術產品？
無鈷的技術路線，主要是為了平衡電動汽車使用者對長續航、高安全、高快充、低成本等特性的均衡追求，基於三元體系上衍生出來的NMX無鈷路線，還是需要產品支撐。目前來看，無鈷材料可實現高能量密度電芯產品設計。由蜂巢能源H平臺的無鈷正極材料所打造的電池產品，從測試資料來看成績斐然。常溫下無鈷電池的迴圈壽命將達到2500次以上。能量密度方面，無鈷電池目前可以做到240~245Wh/kg，遠高於主流磷酸鐵鋰電池的170~180Wh/kg水平，也十分接近811體系三元鋰電池的240~250Wh/kg水平。
圖5 蜂巢的無鈷技術覆蓋很大的範圍
至於大家普遍較為關注的安全性上，蜂巢能源的無鈷電池除了在抗過充方面具有天然優勢，其熱穩定性也十分出色，所完成的150℃的熱箱測試，遠高於國標所要求的130℃標準。這對比811體系的三元鋰電池而言，代表其擁有更好的熱穩定效能。蜂巢能源首款無鈷產品115Ah已於2021年7月開始量產。搭載此款無鈷產品的長城櫻桃貓系列整車也將很快面世。綜合無鈷產品的效能，可適合搭載中高階長續航汽車產品。
如上所述，因磷酸鐵鋰體系的能量密度上限問題，搭載鐵鋰體系電芯的整車，普遍存在續航里程偏低問題，同時磷酸鐵鋰體系的低溫效能較差，導致冬天整車續航里程大幅下降。而無鈷電芯的能量密度大幅高於磷酸鐵鋰，低溫特性也明顯優於磷酸鐵鋰。所以，同級別車輛，搭載無鈷電芯，消費者會明顯感知續航里程的增加，並且續航受天氣溫度的影響也較小。
6）無鈷E系列直面鐵鋰的競爭
這裡還要提及的是，面對磷酸鐵鋰的長期成本競爭優勢，低鎳無鈷E平臺所誕生的115Ah電芯，最終的目標是要比同容量磷酸鐵鋰電池能量密度提升20%，同時目標要降低17%的成本。也就是要實現無鈷E電芯在中續航里程的電動車上具備替代鐵鋰產品的效能和成本競爭力。這個目標是非常具有挑戰性的，一旦做成了，潛力也是最大的。
小結：
透過對蜂巢的一些採訪，我想各位讀者可能對蜂巢推行的這條技術路線有一些更深刻的理解，我衷心祝願這條路線能做起來。
圖｜網路及相關截圖
作者簡介：朱玉龍，資深電動汽車三電系統和汽車電子工程師，著有《汽車電子硬體設計》。
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