近來，動力電池圈很熱鬧，CTP技術(shù)、刀片電池等不斷閃亮登場。不過，這幾項技術(shù)集中于應(yīng)用層面的改進，動力電池根本性的革新還在于自身材料體系的變化。而無鈷電池的概念一經(jīng)推出，立即引起了大家廣泛的興趣，如果這一概念落地，便是真正的根本性革新。
在我國，把無鈷電池炒成熱點的是特斯拉，后來，蜂巢能源舉辦了一場無鈷電池發(fā)布會，再次吸引了眾多目光。然而，近日的一則消息讓人們對無鈷電池又產(chǎn)生了不少疑問，甚至是爭議。6月16日，有媒體爆料稱特斯拉從Glencore公司購買鈷，交易量可能高達(dá)每年6000噸。既然特斯拉將制造無鈷電池，又為何購買這么多鈷材料？此前宣傳的無鈷電池難道是噱頭？那么，蜂巢能源的無鈷電池又是否能夠真的落地？
■特斯拉的無鈷電池是噱頭？
一直以來，特斯拉使用的都是松下提供的三元電池（NCA），其中含有鈷元素。在去年的特斯拉財報電話會議上，有分析師向特斯拉創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官馬斯克提到，鈷等稀有金屬價格劇烈變動將影響特斯拉的前景。馬斯克當(dāng)時對此的回應(yīng)是：可以把鈷的使用量降到零。自從那以后，特斯拉將推出無鈷電池的概念誕生了，這條信息經(jīng)過媒體的傳播不斷得到強化。
2019年5月，特斯拉宣布完成對Maxwell的收購。Maxwell是全球著名的超級電容制造商，在業(yè)界看來，特斯拉收購Maxwell并不想用超級電容代替鋰電池，而是看中了生產(chǎn)超級電容的干法技術(shù)。
超級電容產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事長、中車新能源總經(jīng)理陳勝軍告訴《中國汽車報》記者，相比于傳統(tǒng)鋰電池生產(chǎn)方法，使用干電極技術(shù)有諸多好處，超級電容不受鋰、鈷、鎳等貴金屬資源限制，主要原材料是活性炭，這種物質(zhì)主要來源于椰殼等自然界生物質(zhì)通過活化制成。陳勝軍還說：“干法工藝可以顯著增加極片活性物質(zhì)的負(fù)載量，從而有效提升儲能器件能量密度。”
馬斯克在財報電話會議上說“可以把鈷的使用量降到零”，或許是想通過干法技術(shù)擺脫鈷元素的束縛。據(jù)特斯拉評估，該工藝如果應(yīng)用于鋰離子電池，在現(xiàn)有體系條件下可將鋰離子電池能量密度提升10％～30％以上。既不使用鈷元素，又能提升電池性能，這是一件兩全其美的事情。
事實上，鋰電池充放電過程中，從正極脫嵌的鋰離子，并沒有100％在放電時回到正極，如果可以從正極材料外再尋找到一個鋰源，保證正極脫嵌的鋰離子不會浪費于化成過程，最終就可以提高電池容量。這個提供外界鋰源的過程，就是預(yù)鋰化。預(yù)鋰化對于提高動力電池的能量密度和循環(huán)壽命有著重要意義。傳統(tǒng)濕法工藝需要使用大量的有機溶劑，很難實現(xiàn)預(yù)鋰化。干法工藝在整個制備過程中沒有溶劑參與，因此，在原材料混合階段就可以添加金屬鋰。
特斯拉在動力電池領(lǐng)域的動作不止于收購Maxwell。2月3日，寧德時代發(fā)布公告稱，公司擬與特斯拉及特斯拉（上海）有限公司簽訂協(xié)議。協(xié)議中約定，寧德時代將向特斯拉供應(yīng)鋰離子動力電池產(chǎn)品。坊間一直傳言，寧德時代將向特斯拉提供磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰電池中不含有鈷元素，有些人又很自然地把特斯拉上海工廠的Model 3將使用磷酸鐵鋰電池與無鈷電池概念聯(lián)系在一起。
然而，6月16日，有媒體爆出消息稱特斯拉從Glencore購買鈷，交易量可能高達(dá)每年6000噸。特斯拉要推無鈷電池，但卻又大量購買金屬鈷，難道特斯拉的無鈷電池是噱頭？
■特斯拉或許另有所圖
“特斯拉收購Maxwell確實想利用超級電容的干法技術(shù)提高鋰電池的性能”，寶晟（蘇州）能源科技有限公司總經(jīng)理郜明文說，“但這項技術(shù)的運用并不是那么容易。”
超級電容的干法技術(shù)不僅可以預(yù)鋰化，還能帶來其他很多好處。與傳統(tǒng)工藝相比，干法技術(shù)省卻了涂覆過程中的溶劑添加、干燥蒸發(fā)、二次輥壓等工序，成本自然大幅度降低，另外，電極切條分邊后，未與集流體涂覆的材料仍然可以再次輥壓利用，這就減少了材料浪費，提高了材料的利用率，而傳統(tǒng)濕法不能如此重復(fù)利用。
在干法技術(shù)的生產(chǎn)過程中，流水線必須將PTFE（聚四氟乙烯）纖維化，使活性物質(zhì)與纖維化的PTFE形成網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，這是成膜前預(yù)處理的難點之一。在連續(xù)的擠出輥壓過程中，預(yù)處理后的活性材料仍然是粉體材料，使粉體材料能夠形成均勻一致的片狀材料，是整個工藝流程中的又一個難點。成型的片狀材料機械強度必須高，只有這樣才能保證整個工藝流程的連續(xù)生產(chǎn)，片狀材料還必須表面光亮，這樣才能保證均勻性、一致性較好。
特斯拉收購Maxwell已有一年多的時間，估計用干法技術(shù)嘗試過生產(chǎn)鋰電池，或許試驗結(jié)果不是那么理想，或許達(dá)不到量產(chǎn)電池的要求。但與此同時，特斯拉上馬鋰電池（三元電池）項目已是箭在弦上，不得不發(fā)。時間不等人，特斯拉不能等到干法技術(shù)真正取得突破才生產(chǎn)鋰電池，及早訂購鈷可以保證自己在未來不處于被動地位，這或許是特斯拉大規(guī)模購買金屬鈷的原因所在。
另外，值得注意的是，自從特斯拉傳出無鈷電池概念之后，金屬鈷的價格被打壓下去。據(jù)金投網(wǎng)信息顯示，2019年5月5日，電解鈷≥99.8％，價格為263000～278000元/噸。2020年5月20日，電解鈷≥99.8％，價格為245000元/噸，大約一年時間，鈷價格降低了18000～3000元/噸。如果按照特斯拉與Glencore每年6000噸交易量來估算，特斯拉每年可以省下1.08億～1.98億元。這也是很值得玩味的地方。
■蜂巢能源的無鈷電池正待接受市場考驗
有業(yè)內(nèi)專家告訴《中國汽車報》記者，從動力電池剔除鈷元素，理論上講可行，但實際上做不到。無鈷化后，材料的組分會發(fā)生很大改變，正極材料也許會變成二元或四元材料，但基本結(jié)構(gòu)仍然不變。二元材料指的是鎳錳酸鋰，四元材料指鎳鈷錳鋁（NCMA）聚合物。
真鋰研究總裁墨柯在接受采訪時也認(rèn)為，目前三元去鈷還到不了實用階段，松下、LG化學(xué)等電池巨頭還做不到“去鈷實用”。
無鈷電池難住了特斯拉，那么蜂巢能源開發(fā)的無鈷電池真正突破了技術(shù)限制了嗎？對此，記者采訪了蜂巢能源的相關(guān)人士，該相關(guān)人士表示，蜂巢能源近期發(fā)布的兩款無鈷電池完全不含鈷元素，這些無鈷電池產(chǎn)品通過了一系列的測試，結(jié)果顯示無鈷方案可行。
專家告訴記者，鈷在電池材料中起著穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，無鈷之后，蜂巢能源的電池依靠什么技術(shù)穩(wěn)定電池材料的結(jié)構(gòu)？蜂巢能源的相關(guān)人士表示，主要通過陽離子摻雜和單晶技術(shù)。摻雜技術(shù)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，這樣有利于高電壓下脫鋰后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。單晶技術(shù)比傳統(tǒng)的球形多晶顆粒具有更高的顆粒強度，有利于改善安全性和循環(huán)性能。使用納米網(wǎng)絡(luò)包覆，這樣材料更均勻包覆，減少與電解液的副反應(yīng)，提升循環(huán)壽命。
目前，磷酸鐵鋰和三元鋰電池是市場的主流產(chǎn)品，無鈷電池必須具有自己的優(yōu)勢才能被消費者認(rèn)可。對此，蜂巢能源的相關(guān)人士顯得非常有信心。他告訴記者，三元電池有更高的能量密度，但安全性相對較差，磷酸鐵鋰電池安全性相對更好，但能量密度提升比較有限。無鈷電池相對磷酸鐵鋰電池具有高能量密度的優(yōu)勢，相對三元電池具有安全性優(yōu)勢，無鈷電池兼具了三元和鐵鋰電池的優(yōu)勢，為廣大客戶提供了一個全新的解決方案。
此外，價格和安全是用戶能否接受無鈷電池的關(guān)鍵因素，無鈷電池具有這兩方面的優(yōu)勢嗎？蜂巢能源的相關(guān)人士告訴記者，無鈷電池去掉了價格較高的鈷元素，相比三元電池成本有顯著降低，接近磷酸鐵鋰電池的成本，只比磷酸鐵鋰略高一點。
該相關(guān)人士進一步表示，之前無鈷電池已做過各種測試，結(jié)果表明無鈷電池的安全性優(yōu)于三元電池，接近磷酸鐵鋰電池，例如，無鈷電池可以輕松通過150℃熱箱試驗，而三元電池一般標(biāo)準(zhǔn)下只能達(dá)到130℃左右。他透露，蜂巢能源7月將有2噸無鈷材料下線。 本報記者 萬仁美 《 中國汽車報 》（2020-07-06 010 版） |
