然而筆者要說(shuō)的是：把特斯拉要考慮用磷酸鐵鋰這事說(shuō)成使用無(wú)鈷電池，帶有很強(qiáng)的誤導(dǎo)性，這樣的報(bào)導(dǎo)非常不負(fù)責(zé)任。

磷酸鐵鋰材料VS三元（鎳鈷錳）材料，他們分別是什么？ 

首先這個(gè)新聞里說(shuō)到了磷酸鐵鋰（所謂的“無(wú)鈷材料”）對(duì)于三元材料的取代，那么磷酸鐵鋰材料和三元材料分別是什么？

磷酸鐵鋰材料，化學(xué)式為L(zhǎng)iFePO4，晶型結(jié)構(gòu)為橄欖石結(jié)構(gòu)，電壓平臺(tái)為3.4V，理論比容量為170mAh/g（注意是理論，實(shí)際可用沒(méi)這么高），常常簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)FP。磷酸鐵鋰材料結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，成本較低（全部基于豐度較高的元素），安全性高，因此目前在電動(dòng)汽車市場(chǎng)中也有很多應(yīng)用。

左圖：磷酸鐵鋰LFP材料結(jié)構(gòu)；右圖：三元NCM材料結(jié)構(gòu)

三元材料，化學(xué)式為L(zhǎng)iNixCoyMn1-x-yO2。晶型結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu)，電壓為3.6V左右，實(shí)際可用容量取決于其中鎳：鈷：錳的含量比（x:y:1-x-y），常常簡(jiǎn)寫(xiě)為NCM(鎳鈷鋁NCA材料可以認(rèn)為是NCM的近親，兩者很類似，在本文中就不展開(kāi)說(shuō)明了)。而該系列材料中的鎳鈷錳比是連續(xù)可變的，因此大家常常以這三種元素的比例來(lái)為NCM做進(jìn)一步命名，如NCM622（鎳：鈷：錳=622），NCM811(鎳：鈷：錳=8:1:1)。

三元NCM材料中鎳鈷錳比例可調(diào)，摘自文獻(xiàn)[1]

與磷酸鐵鋰材料相比，三元材料的電壓平臺(tái)更高，比容量更高（實(shí)際可用容量可達(dá)190mAh/g），因此能帶來(lái)更高的能量密度。而隨著鎳含量的增高（相應(yīng)的也就帶來(lái)了鈷用量的減少，但是注意，只是相對(duì)于鎳用量的減少，不是行業(yè)總體用量規(guī)模），三元材料的比容量會(huì)不斷升高，還可以進(jìn)一步提高容量密度。對(duì)于電動(dòng)汽車，大家?guī)缀醵贾啦荒茈S便開(kāi)調(diào)的痛苦+里程焦慮，因此追求更高的能量密度，使用更高的鎳含量的三元材料是目前業(yè)內(nèi)的共同的發(fā)展趨勢(shì)，代表了產(chǎn)業(yè)升級(jí)的方向。

鈷這個(gè)材料，目前在電動(dòng)汽車領(lǐng)域中離的開(kāi)嗎？

很多人看了今天的新聞，再加上剛才的分析，估計(jì)就覺(jué)得鈷行業(yè)沒(méi)前途了，快棄船吧。以及劉博士，你這個(gè)說(shuō)的不也是鎳越來(lái)越多么，鈷不就沒(méi)用了么？

真的是這樣的嗎？

鈷對(duì)于三元材料來(lái)說(shuō)，至少?gòu)默F(xiàn)階段仍然是很難擺脫的。

如上所述：三元材料提高鎳含量可以提高能量密度，但是相應(yīng)的也會(huì)使材料的穩(wěn)定性下降，帶來(lái)材料制備、壽命方面一系列的嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。而鈷這個(gè)有些貴的東西，恰恰是穩(wěn)定高鎳三元材料目前仍然需要的元素，雖然用量可以變少，但是想真把他降到零，很不容易。

鈷對(duì)三元材料的穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)，摘自文獻(xiàn)[1]

鈷貴，鎳多了能量密度高，如果無(wú)鈷能做出來(lái)當(dāng)然很誘人。那為什么大家不做？當(dāng)然是因?yàn)椴缓米?/strong>。實(shí)際上至今為止，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界一直在做著許多關(guān)于無(wú)鈷三元的工作，但是至少到現(xiàn)在工業(yè)界還沒(méi)有哪家企業(yè)能推出基于不含鈷三元材料的成熟電芯樣品。

什么，你有樣品？不經(jīng)過(guò)充分的驗(yàn)證，沒(méi)有成熟度保證，貿(mào)然的用在工程領(lǐng)域大規(guī)模推廣，這是做工程的思路嗎？

即使有了樣品，也還要走不少路才能進(jìn)入實(shí)用化。

以及，實(shí)驗(yàn)室里做出來(lái)的扣電數(shù)據(jù)更不算。 

還需要鈷的三元材料：目前以乘用車為代表的電動(dòng)汽車領(lǐng)域的發(fā)展主推力

如剛才所述，無(wú)鈷三元其實(shí)相當(dāng)難做。其實(shí)哪怕是低鈷的高鎳三元也并不好做（足夠難倒廣大中游電芯廠商了），對(duì)于濕度等控制要求十分嚴(yán)格，所以目前國(guó)內(nèi)也主要是頭部的電芯廠才能玩轉(zhuǎn)。

接下來(lái)給大家上幾張圖，可以直觀感受一下三元材料電池在電動(dòng)汽車中的裝機(jī)占比。乘用車代表著汽車領(lǐng)域的高端產(chǎn)能+保有量保證，而對(duì)于乘用車來(lái)說(shuō)，具有一定的能量/續(xù)航里程是一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的需求，因此三元+乘用車自然是目前電動(dòng)汽車領(lǐng)域中最大的助推力。

2019中國(guó)動(dòng)力電池裝機(jī)量，可見(jiàn)NCM&NCA占據(jù)近2/3，而且絕大部分都裝在了乘用車上。 

以及今天的新聞的實(shí)際內(nèi)容是：特斯拉要考慮用磷酸鐵鋰，可沒(méi)有說(shuō)特斯拉不用三元/特斯拉的三元不用鈷了。也請(qǐng)大家仔細(xì)做好這句話的閱讀理解工作。

所以，我們還需要鈷。 

概念辨析：“無(wú)鈷”到底是說(shuō)給誰(shuí)的？是給三元不是給磷酸鐵鋰

筆者看今天這個(gè)新聞?wù)媸且欢亲踊稹?/span>

對(duì)于磷酸鐵鋰來(lái)說(shuō)，人家就是一個(gè)好端端的材料，在儲(chǔ)能、客車領(lǐng)域目前應(yīng)用很好，其低成本優(yōu)勢(shì)目前也吸引了越來(lái)越多的人重新審視其優(yōu)點(diǎn)。它的性能與三元材料不同，市場(chǎng)定位已經(jīng)有了差異化，兩者其實(shí)可以很好的攜手發(fā)展，共同繁榮。

但是你說(shuō)他是無(wú)鈷？

“無(wú)鈷”概念在業(yè)內(nèi)已經(jīng)是關(guān)注點(diǎn)好幾年了，但是業(yè)內(nèi)對(duì)該定義/技術(shù)的理解從來(lái)都是把三元層狀材料中的NCM中的C（鈷）擺脫，用一些摻雜包覆其它元素和處理的辦法來(lái)做成這種材料，目的就是發(fā)揮高鎳帶來(lái)的高容量/能量，又能盡量保持鈷還在的時(shí)候帶來(lái)的穩(wěn)定性，從而走向?qū)嵱没?/span>

對(duì)于一個(gè)本來(lái)有鈷的材料（三元NCM），你把從“有”做成“沒(méi)有”，做出來(lái)了一個(gè)新材料，這叫技術(shù)突破，這個(gè)是厲害，是革新。

對(duì)于一個(gè)一直存在，本來(lái)就沒(méi)有鈷的材料（磷酸鐵鋰LFP），你給人安上一帽子說(shuō)人家也叫無(wú)鈷，這叫玩文字游戲，這叫忽悠人。

那我們是不是也可以無(wú)限制外推這個(gè)概念：無(wú)鈷車架，無(wú)鈷輪胎，無(wú)鈷玻璃，無(wú)鈷內(nèi)飾呢…

我給你勾勒一下業(yè)內(nèi)的人討論這個(gè)事的場(chǎng)景：

“XX公司號(hào)稱要做無(wú)鈷電池”“真的？鎳和錳含量多少？”（驚喜狀）“打聽(tīng)回來(lái)了，其實(shí)是磷酸鐵鋰”“哦，隨便吧，保持關(guān)注就行?！?/span>

總結(jié)一下：鈷材料有什么用？

鈷這個(gè)東西是戰(zhàn)略資源，用處太大了。

電動(dòng)汽車的三元鋰電池：哪怕平均用量變低，但是如果總保有量猛增，鈷的市場(chǎng)仍然很大。（想想全球特斯拉、電動(dòng)化浪潮）

消費(fèi)電子電池：幾乎清一色的用鈷酸鋰正極材料，因?yàn)檫@個(gè)材料體積比能量高，不用它其它材料根本解決不了電池“小/薄”的要求。

高溫、硬質(zhì)合金：對(duì)材料和機(jī)械工業(yè)大概有了解的人，都知道鈷在制備高性能合金方面是不可獲缺的，而我國(guó)作為一個(gè)鈷資源不太豐富的國(guó)家，為了發(fā)展、克服這一問(wèn)題付出了許多的努力。

磁性材料領(lǐng)域：作為鐵磁性材料，鈷在本領(lǐng)域廣泛用于制備高性能磁性材料，用途很多。

這個(gè)東西用處這么大，你現(xiàn)在拿一個(gè)亂造的無(wú)鈷概念，告訴我它沒(méi)用？

對(duì)于編這條新聞的記者，我想說(shuō)的是：不要總想著弄個(gè)大新聞！

題外話

可能有人說(shuō)：劉博你是不是專門給三元站臺(tái)，給鈷帶鹽，看不上磷酸鐵鋰？

笑。我跟著同事一起磨+噴霧+燒了幾年的磷酸鐵鋰材料，它也是我電池事業(yè)的開(kāi)端和重要組成部分，我對(duì)他很有感情的，我黑它干嘛？

每一個(gè)材料和技術(shù)都有他的特點(diǎn)，三元和鐵鋰可以互補(bǔ)，目前已經(jīng)各自有了適合的領(lǐng)域，兄弟倆也可以互相借鑒優(yōu)點(diǎn)，共同進(jìn)步，沒(méi)必要非要誰(shuí)要掐死誰(shuí)，好嗎？

本文為EV視界特約作者撰稿：

弗雷劉，博士畢業(yè)于清華大學(xué)材料系，從事動(dòng)力電池研究開(kāi)發(fā)工作多年，目前就職于某外資車企電芯開(kāi)發(fā)部門

感謝張亦弛和彭帥對(duì)本文提出的建議。 

聲明：本文為作者業(yè)余時(shí)間所作，僅從技術(shù)方面進(jìn)行討論，不代表任何組織機(jī)構(gòu)觀點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

弗雷劉的回答：Tesla Motors 為什么不使用以磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子電池？

https://www.zhihu.com/question/24080889/answer/26634406

文獻(xiàn)[1]  Arumugam Manthiram , * James C. Knight , Seung-Taek Myung , * Seung-Min Oh ,and Yang-Kook Sun, Nickel-Rich and Lithium-Rich Layered Oxide Cathodes: Progress and Perspectives

推薦閱讀