撰文 / 錢亞光

編輯 / 劉寶華

設(shè)計(jì) / 杜 凱

近日，業(yè)界廣為流傳的一則消息稱，“廣汽新能源將召回搭載811電池的Aion S，并整體更換電池包”。又傳出一張微信聊天截圖，聲稱寧德時(shí)代即將放棄811 電芯，將內(nèi)部研發(fā)重心轉(zhuǎn)向“523”體系。寧德時(shí)代對此進(jìn)行了辟謠，但811 電池的安全問題仍在被質(zhì)疑。

現(xiàn)在流行的三元鋰電池中，無論是NCM（鎳鈷錳）和NCA（鎳鈷鋁），其中都有鈷，鈷金屬的兩大特點(diǎn)，一是不可再生，二是非常稀缺，其在三元鋰電池中起著穩(wěn)定材料層狀結(jié)構(gòu)、提高材料循環(huán)和倍率性能的作用。

如果將電池中鈷成分降低甚至取消，電動(dòng)車將會(huì)更具性價(jià)比。所以從“無鈷電池”這一概念誕生之初，就背負(fù)著降低電池成本的使命。

因此當(dāng)下全球電池供應(yīng)商和車企都在想各種辦法，在不影響性能的前提下，減少鈷在三元電池中的含量。從NCM532到622再到現(xiàn)在的811電池，都是在降低電池中鈷的含量。

然而， 在811三元鋰電池正極材料中，鎳元素占80%，而高活性的鎳元素比重越大，正極材料的熱穩(wěn)定性就越差。當(dāng)電池遇到高溫、外力等沖擊，更容易引發(fā)熱失控，進(jìn)而引發(fā)電池起火爆炸。

因此，在走向少鈷或無鈷的降本道路上，要做到安全的“無鈷化”，必須要有除提升鎳含量以外的技術(shù)突破。

比亞迪的刀片電池利用形狀特點(diǎn)提升了電池包縱向的利用率，緩解磷酸鐵鋰能量密度先天不足的局限性，再加上無模組技術(shù)，在成本下降30%的同時(shí)，電池能量密度提升50%。

寧德時(shí)代選擇了基于磷酸鐵鋰電池發(fā)展無鈷電池的技術(shù)路徑。寧德時(shí)代推出的CTP（Cell To Pack）技術(shù)，通過省去電池模組，對電池包結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)大幅降本。

LG化學(xué)、松下等外資企業(yè)正著手研究，通過研發(fā)四元電池等方式，盡量減少鈷元素的使用量及依賴程度。LG化學(xué)已經(jīng)宣布與通用汽車合作，計(jì)劃2021年量產(chǎn)名為Ultium的NCMA四元鋰電池，其成本實(shí)現(xiàn)超過30%的降幅。

今年5月，由長城汽車剝離而獨(dú)立發(fā)展僅兩年的動(dòng)力電池公司蜂巢能源首發(fā)兩款疊片NMx無鈷電池，最早將在2021年6月份推向市場。這種疊片無鈷電池支持單次充電可續(xù)航880公里，安全通過150°C熱箱實(shí)驗(yàn)，循環(huán)壽命2500次，使用周期超過15年120萬公里。

這種無鈷電池通過材料摻雜、單晶技術(shù)和納米網(wǎng)絡(luò)化包裹，在能量密度與高鎳三元相當(dāng)，使用壽命和安全性高于高鎳三元。那么其功能是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

蜂巢能源總裁楊紅新在第十二屆中國汽車藍(lán)皮書論壇上做了講解，并對動(dòng)力電池格局和未來技術(shù)發(fā)展路線進(jìn)行了分析，認(rèn)為疊片無鈷電池將成為基礎(chǔ)性的未來趨勢。

以下是楊紅新演講的實(shí)錄，汽車商業(yè)評論整理，有部分刪節(jié)。

大家下午好，我是蜂巢能源的楊紅新，上一場殷總主持得特別好，成功讓充電和換電兩組人懟起來，我是特別想?yún)⑴c上一場的討論。因?yàn)槲以瓉硎窃谡噺S工作了十幾年，近幾年是在電池廠工作，所以我也有我的一些想法。

不管是充電還是換電，前提都是車電分離是最重要的，只要車電分離做到了，其實(shí)對電池企業(yè)都是最大的受益者。因?yàn)檐囯姺蛛x以后，消費(fèi)者購車成本降低了，電動(dòng)車賣得多了，要建換電站，除了車上的電池，換電站也要儲(chǔ)備很多的電池，所以對電池企業(yè)是一個(gè)利好。

另外一點(diǎn)，剛才提到的標(biāo)準(zhǔn)化問題。我們電池企業(yè)也特別關(guān)注電動(dòng)汽車電池的標(biāo)準(zhǔn)化，這個(gè)事情短時(shí)間肯定很難實(shí)現(xiàn)，但是長期看是有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)的，取決于電池的體積能量密度到底做到什么樣的水平。接下來我的主題是動(dòng)力電池格局和技術(shù)路線的演化。

動(dòng)力電池的未來格局取決于市場和客戶需求

剛才提到的電池標(biāo)準(zhǔn)化，其實(shí)就是未來一個(gè)非常重要的技術(shù)路線的演化趨勢。大家知道12V的鉛酸電池，基本都已經(jīng)通用化，不管是大眾、奧迪還是國產(chǎn)車，都可以用同樣的12V鉛酸電池。

但是鋰電池太大了，它嚴(yán)重地?cái)D壓了整車的軸距、輪距和高度，所以很難做到標(biāo)準(zhǔn)化。如果體積能量密度提高一倍，我們把整個(gè)電池包的寬度縮短一半，把它集中在車輛的中通道的位置，這個(gè)時(shí)候是可以做到標(biāo)準(zhǔn)化的?？渴裁磥韺?shí)現(xiàn)？肯定是靠從化學(xué)體系到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不斷地創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)的。

今天，我們想說的是動(dòng)力電池未來的格局，核心的路線到底是什么？其實(shí)走什么技術(shù)路線，取決于客戶的需求是什么，取決于整車廠的需求是什么。

客戶跟整車廠到底需要什么呢？大家在新聞上經(jīng)常聽到自燃問題，所以安全肯定需要，大家說一次購車成本高，所以成本很重要。大家說現(xiàn)在電池太重，體積太大，所以能量密度也很重要。還有循環(huán)壽命，有人想用20年，壽命很重要，有人想快充，功率也很重要，放電功率也很重要，這些都是客戶和整車企業(yè)的需求。

那我們做哪一點(diǎn)，不做哪一點(diǎn)？對于整車廠來說都想要，但是對電池廠來說很難，因?yàn)檫@里面很多指標(biāo)是相矛盾的。

我們不可能在今天，把安全、壽命、功率每一個(gè)拎出來單說。未來的趨勢會(huì)變成什么樣？我是希望站在最基礎(chǔ)的角度做一些分析，哪些基礎(chǔ)技術(shù)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)未來客戶跟整車廠的需求，盡量滿足多樣化的需求。

那么我選擇的主題是疊片無鈷，也是有它的原因的，剛才講充電的時(shí)候也提到了一個(gè)，現(xiàn)在電動(dòng)車的銷售對象，主要還是B端的多，今年開始，C端的多了，什么時(shí)候電動(dòng)車開始真正普及？

一定是大量私家車主成為購車主力，占到90%以上，就像現(xiàn)在的燃油車一樣。那么什么時(shí)候才能夠?qū)崿F(xiàn)？要做什么工作？成本是非常大的一個(gè)障礙，也是非常關(guān)鍵的一個(gè)訴求。

這里面有一個(gè)測算公式，是成本回收期的計(jì)算，我們把它分成A00、A0、A、B、C不同級別的車，不同級別的車電池價(jià)格是不一樣的。

不同電池的價(jià)格，從縱坐標(biāo)來看，成本回收期也是不一樣的，這里面考慮了很多價(jià)差和用車成本的因素在里面。市場上將來最主流的電動(dòng)車，其實(shí)應(yīng)該和燃油車一樣，是A級車應(yīng)該占到絕大部分的市場銷量，是最主流的車型。

A級電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)跟燃油車對等，以及滿足客戶期望的成本回收期，經(jīng)過測算是3.4年。什么時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn)，保守的測算是2025年。2025年電池的成本，可以支持A級主流家用車，在三四年之內(nèi)回收回來，那時(shí)就可以達(dá)到大規(guī)模普及程度，這是一個(gè)比較新的維度的思考。它不僅僅單純的考慮是初始構(gòu)成成本，還考慮了非常多的因素。

成本既然這么關(guān)鍵，影響到我們什么時(shí)候?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)車的普及，我們希望2023年或更早普及才好，這樣我們的電池還可以多賣一些。

正極材料是動(dòng)力電池降本的關(guān)鍵

那么怎么降成本？我們回顧歷史，其實(shí)各方面都在降，材料在降，設(shè)備價(jià)格在降，制造成本在降，設(shè)計(jì)工藝產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性成本也在降，都在降。

但是，其實(shí)這里面有很多數(shù)據(jù)，降幅最大的還是四大主材，四大主材類里降幅最大的還是正極，降幅是非常高的。

我們說生產(chǎn)效率，一次成本投入非常大，建一個(gè)電池廠的投資比建一個(gè)汽車廠還要大。但是如果分?jǐn)偟?年折舊，10年折舊里面，再分?jǐn)偟矫客邥r(shí)的電芯成本里面，設(shè)備占成本比是比較低的，幾分錢，但是材料占比是最大的，影響也是最大的。

所以我們的關(guān)注焦點(diǎn)，還是要放在主材上。當(dāng)然技術(shù)進(jìn)步，我們CTP的技術(shù)，以及我們長電芯的開發(fā)，進(jìn)一步提高密度，都可以進(jìn)一步降低成本。

CTP最近比較火，但是我認(rèn)為它更主要的作用是提高安全性。因?yàn)榘涯＝M的端板、側(cè)板取消以后，可以釋放出大量的空間，這些空間可以用于增大電芯的間隙，就有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)電芯熱失控，相鄰電芯不產(chǎn)生熱失控這樣的一個(gè)目標(biāo)，這實(shí)際上已經(jīng)成為國際跟國內(nèi)的最主要的目標(biāo)。

所以CTP不僅可以降成本，還可以提高我們的安全性。這也是汽車行業(yè)，電池行業(yè)在積極努力創(chuàng)新的地方。

我們提到正極材料，就不得不提到對正極材影響最大的是什么?，F(xiàn)在除了磷酸鐵鋰以外，最大的材料供應(yīng)體系還是三元鋰電池，如鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰，當(dāng)然鎳占比很高，811電池中鎳占80%左右的，但是鎳在全球的金屬比例當(dāng)中，用在鋰電池上的比例是很小的。

鈷是不一樣的，手機(jī)用的是鈷酸鋰，用鈷量非常大，所以鈷對正離子材料成本影響是非常大的。

我做過鋰電池很多年，下面坐著做電池的前輩，大家可能都知道，2008和2018年，10年中出現(xiàn)了兩次鈷價(jià)的劇烈波動(dòng)，從10元左右漲到40多元，還買不到。

如果電動(dòng)汽車將來要做到一年一千萬輛，一年兩千萬輛，這種大工業(yè)連續(xù)制造的商品，是不允許出現(xiàn)這樣的供應(yīng)鏈問題的。汽車企業(yè)講供應(yīng)鏈安全，它是絕對不允許出現(xiàn)的。這種情況是會(huì)嚴(yán)重制約電動(dòng)汽車的普及的。

那么這張圖是我們公司畫的，其實(shí)整個(gè)行業(yè)也差不多。這張圖有一個(gè)特點(diǎn)，越向上的電池，能量密度越高。另外一個(gè)特點(diǎn)是，不管是鐵鋰、無鈷、四元、三元、固態(tài)，在能量密度提高的同時(shí)，都在想辦法把鈷的含量向下降。從最早的111到523，到6系7系8系，現(xiàn)在NCMA和NCL做到9系的，鎳的含量一直在上升，鈷的含量一直在下降，人類在追求去鈷化和無鈷化的道路上，一直在做各種各樣的功課，從來沒有停止過。

在能量密度提升的同時(shí)，它的價(jià)值是巨大的，可以釋放大量的車內(nèi)空間。我們知道有的電動(dòng)汽車為了把電池塞進(jìn)去，坐到后排以后，就像坐小板凳一樣，腿是非常難受的，軀干角非常不合理。

如果我們能量密度提高了，電池可以做矮做窄，又可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，這絕對是未來永遠(yuǎn)追求和努力的方向，就是提高能量密度。

但是路線確實(shí)不一樣，也會(huì)分場景進(jìn)行應(yīng)用。磷酸鐵鋰有它的場景，無鈷有它的場景，811有它的場景，場景不同，但是在去鈷這條路上是相同的。我這里面寫的無鈷指的是高能量密度電池的無鈷，磷酸鐵鋰也沒有鈷，但是它是低能量密度電池的無鈷，我們后面說的無鈷電池都是指的高能量密度的。

高速疊片工藝是動(dòng)力電池未來的趨勢

那么前面講到的是材料，我們再講講工藝，現(xiàn)在軟包電池公司都是疊片工藝的，其他的電池大部分都是卷繞工藝的，其實(shí)各有優(yōu)劣勢，不是誰對誰錯(cuò)，但是我們還是要看未來，未來客戶到底需要什么。

回到剛開始說到的話題，客戶需要的是長壽命的電池，客戶需要的是功率性特別好的電池。就是所有不合理的要求、合理的要求，他都要你滿足。

那么卷繞工藝，在經(jīng)歷這么多年的發(fā)展之后，遇到了很大的瓶頸，疊片工藝先天上有很大的優(yōu)勢。比如能量密度的提升，比如穩(wěn)定性，比如說極耳數(shù)量多一倍，工藝性更好，所以疊片工藝是非常有前途的。

尤其是當(dāng)我們把電池的尺寸越做越大的時(shí)候，我們知道最早VDA，后來是590模組電芯，220的。現(xiàn)在比亞迪出的刀片是更長的，574這個(gè)尺寸，它和590標(biāo)準(zhǔn)模組可以兼容，這個(gè)電芯既可以用無模組在電池包里布置，又可以把它裝到590模組里，兼容性非常好。

但是電芯做得越長，其實(shí)能量密度越高，成本越低，因?yàn)榀B片，每疊一個(gè)小的片進(jìn)去，和每疊一個(gè)大的片進(jìn)去，疊的活性物質(zhì)的量是不一樣的，所以越大，生產(chǎn)能量的效率就越高。

同時(shí)，越薄的電芯，散熱性更好，做針刺的話，容易通過。那么疊片是最適合電池的工藝的。

當(dāng)然還有極耳數(shù)量增加了一倍，它的內(nèi)阻可以降低10%，功率也可以得到提升。還有能量密度，空隙都可以填滿，還有界面是非常良好的，卷繞不會(huì)出現(xiàn)左邊的S變形，包括邊緣位置的斷裂產(chǎn)生的紋路，所以從安全性能上來講，疊片也是非常好的。

另外就是膨脹，它的初始膨脹率和中器后期膨脹率是低于卷繞工藝的，所以對模組的壓力也會(huì)更小，也會(huì)提高安全性。

無鈷電芯將在明年推向市場

疊片和無鈷，一個(gè)是工藝制造角度，一個(gè)是材料成本和安全性角度，是基礎(chǔ)性的未來趨勢，可以滿足對成本，對效率、對功率、對壽命各方面的要求。

鈷這種材料確實(shí)是非常非常重要的，每年都有人會(huì)起訴蘋果公司，會(huì)起訴特斯拉，說他們使用的鈷來源不干凈，這也成為整個(gè)行業(yè)非常痛的和不可回避的問題。

鈷的儲(chǔ)量這么小，只有710萬噸，而且還特別集中，只有幾家公司可以制造生產(chǎn)，特別容易被操控。電動(dòng)車單車用量又非常大，Model S已經(jīng)用了9系高鎳電池了，但是單車用量還要消耗掉13.68公斤的鈷，所以鈷這個(gè)問題不消除，肯定是不符合未來電動(dòng)汽車發(fā)展的趨勢。

大家都知道要去掉鈷，或者把鈷減少，但是技術(shù)的挑戰(zhàn)確實(shí)是非常多的。其實(shí)無鈷高能量密度的電池理論，在20年前日本的學(xué)者就提出來過，但是這么多年來，要不就是大家投入精力少，要么就是技術(shù)沒有做得很好，現(xiàn)在還沒有解決鋰鎳混排的問題。如果8%-10%鋰鎳混排不能解決的話，產(chǎn)品穩(wěn)定性、倍率性都是非常差的。

解決方案有很多種，經(jīng)過很長時(shí)間的摸索，包括我們也做了很多年的摸索，從增加鎳的含量，到用一些技術(shù)來提高它的穩(wěn)定性。總體來講就是提高陽離子模式等，太專業(yè)的就不在這里講了。

從測試數(shù)據(jù)來看，我們的115Ah產(chǎn)品，就是剛剛生產(chǎn)的電池的鋰鎳混排可以控制在3.5%左右，是非常低的。

那么循環(huán)到后期的電池，鋰鎳混排控制在小于5%以內(nèi)，會(huì)很好地解決了前面提到的鋰鎳混排的問題，同時(shí)金屬溶出這個(gè)問題，也是無鈷電池必須要解決的。

從右邊的這個(gè)圖上來看，跟811三元電池對比，我們的鎳、錳的溶出率都小于811三元電池的材料，所以循環(huán)壽命和穩(wěn)定性都是非常好的。我們已經(jīng)成功下線了噸級中試的無鈷材料，可以說已經(jīng)量化了。

從產(chǎn)品上來看，無鈷材料、無鈷電池一定要是高能量密度的才可以，如果能量密度過低就是磷酸鐵鋰，沒有價(jià)值了。它的能量密度一定要接近811三元電池的水平，同時(shí)是安全的，比7系的三元電池更安全，循環(huán)壽命好，成本還要低。

還是回到剛開始說的，客戶什么都想要，我們就做一個(gè)什么都能滿足他要求的產(chǎn)品。從實(shí)際數(shù)據(jù)來看，這些目標(biāo)都已經(jīng)滿足了。

這是我們的動(dòng)力性的測試，唯一一個(gè)還有問題，就是第一張圖，20%的SOC下，就是DSOC下的功率性能是偏弱的，因?yàn)闆]有鈷以后，它的內(nèi)阻在低溫下會(huì)偏高。

我們也在做解決方案，在測試。其他的功率性能都是挺好的，包括零下30攝氏度的低溫性能，還可以支持70%的續(xù)航，包括零下20攝氏度的低溫充電，界面保持得非常好。

還有高溫循環(huán)壽命，可以超過1200次，常溫循環(huán)壽命1C1C，我們100%可以超過2500次，811只能做到1500次。

我們做的針刺實(shí)驗(yàn)不是刺穿的，是按照歐洲客戶要求做的淺刺，歐洲客戶要求，刺穿三層電極，只要不起火，不爆炸就算可以，我們刺穿了六層，右邊的圖片來看都是非常好的。

還有150攝氏度的熱箱，高能性能也是高鎳材料最害怕的，我們也順利的通過了150攝氏度熱箱的測試，還有140%的SOP的過充，還有外部短路，包括一些其他測試數(shù)據(jù)。

以上講的是無鈷材料的進(jìn)展，大家都說無鈷材料這么難，真的可以量產(chǎn)嗎？現(xiàn)在可以負(fù)責(zé)任地告訴大家，肯定可以，明年6月份我們就會(huì)把無鈷電芯推向市場，裝到車上銷售。

那么無鈷還有一個(gè)問題，就是它的內(nèi)阻是偏高的，如果把疊片技術(shù)用上，可以再降低5%的內(nèi)阻，所以疊片加無鈷，這兩種技術(shù)的結(jié)合，既可以發(fā)揮無鈷的優(yōu)勢，又能解決無鈷的痛點(diǎn)。

那么我們在把它做成長電芯，做成薄電芯，L6的長電芯，大概將近600毫米長，做成右邊的無模組的LCTP的Pack，我們叫矩陣式Pack，一個(gè)電池包里放兩臺(tái)電芯，沒有模組。它的能量密度，比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)提高了9%，空間利用率提高了17%，電量提升了24%。

長城一款采用這種布置形式，無鈷、無模組的電池可以做到880公里續(xù)航，同時(shí)也可以做成有模組的，就是裝到MED590的模組也可以，兼容性非常好。

以上就是我關(guān)于對未來電池技術(shù)路線的一些分享，不管怎么樣，安全、壽命、能量密度各方面的追求，都是沒有止境的。

現(xiàn)在我們電池企業(yè)，整車企業(yè)，對于電池機(jī)理的了解還是非常膚淺的，電芯到底為什么突然會(huì)自燃？為什么會(huì)突然熱失控？機(jī)理是什么？我們現(xiàn)在都沒有辦法完全弄清楚，

當(dāng)然我們有比較初步的認(rèn)識(shí)，但是還沒有做到研究透，如果真的研究透了，缺陷就可以避免掉。

所以我們現(xiàn)在也在做一些研究工作，就是在極低的溫度下，零下160攝氏度，用液氮冷凍熱失控的步驟，在電芯剛剛產(chǎn)生內(nèi)短路和產(chǎn)生的初期和后期，把它凍住，然后瞬間把它靜止，看它的界面，看它的機(jī)理等等，這只是其中的一個(gè)研究。

目前我們對電芯這個(gè)行業(yè)的研究，還需要不斷地努力和提升。未來的方向，我們希望通過蜂巢能源，通過孚能、力神，我們共同努力，把滿足客戶的動(dòng)力電池的技術(shù)，不斷推向前進(jìn)，不斷滿足客戶的需求，我的分享就到這里。謝謝大家！