蜂巢能源率先提交「无钴电池」作业,到底做的怎么样?

· May 19, 2020

进入到 2020 年,大家对于动力电池的关注也终于被推到了一个高点。原以为刀片电池、CTP 技术会成为今年最被关注的新技术,但是被另一个拦路虎截了胡:无钴电池。

5 月 18 日,长城汽车创始人魏建军创建的蜂巢新能源发布了自己的无钴电池产品。

在开始文章之前,我们要先理清楚一个概念:什么是无钴电池?

目前主流的动力电池方案主要有 3 种,NCA(镍钴铝)锂电池、NCM(镍钴锰)锂电池和磷酸铁锂电池。

关于「无钴」的解释可以有这么几种:第一种纯字面意思,即磷酸铁锂就是「无钴电池」;第二种,电池正极中依然有钴的存在,只是将其降到低于一定含量,然后名曰:无钴,其本质还是一种高镍低钴材料 ;第三种,在正极三元材料中完全剔除钴的存在。

蜂巢能源发布的电池新品就是就是第三种。

蜂巢无钴电池的诞生

先从正极材料说起。蜂巢能源给到的是一种无钴镍锰酸锂单晶材料,在这个材料中确实将钴元素剔除,并采用两种化学键能更强大的元素替代物掺杂到材料中。

看到这里,有人可能会说,蜂巢能源用的应该是一种四元材料 NMXX,不过官方告诉我,这并不是四元材料,因为正极材料中掺杂的元素替代物小于 1%。

这种掺杂技术带来的好处就是可以提高材料上限电压,从而实现 能量密度比磷酸铁锂提高 40%。 具体成效如何,我们后面会说到。

能量密度的问题解决了,接下来还要解决的就是电池的安全性和寿命问题。在这里,蜂巢运用到了两项技术:单晶技术和纳米网络化包裹。

电池在极片制作过程中有一个关键的工序:辊压。为了在有限的空间之内加入更多的活性物质,需要更高的压实密度。多晶材料在辊压过程中颗粒破碎明显,会直接导致正极与电解液反应产生大量的气体,加速电池衰减并产生安全问题;同时材料的结构也会崩塌,使铝离子无法移动,造成寿命的快速衰减。但是单晶材料则非常稳定,可以带来更长的使用寿命。按照官方说法, 这款电芯寿命比多晶高镍三元高出 70%。

而在无钴正极材料合成中,蜂巢采用了纳米网络包覆技术,在单晶表面包覆一层纳米氧化物,减少正极材料跟电解液的副反应,有效改善了高压下的材料循环性能。

蜂巢能源透露,无钴正极材料已经在中试线(指在正式量产之前的中等规模生产线, 兼具改进观察的试验作用)上完成 500kg 级中试,并进入吨级小批量生产阶段。

两款无钴电池产品

基于这种无钴正极材料,蜂巢能源这次带来了两款产品。

第一款是 115Ah 电芯,单体能量密度达到 245Wh/kg,匹配 590 标准模组,能够搭载到目前大部分新的纯电平台上,电池包在整车端能够实现 15 年 120 万公里的超长使用寿命。将在 2021 年 6 月实现量产。

第二款是 L6 薄片无钴长电芯,容量 226Ah, 正在与长城汽车的一款高端车型做适配性开发 ,采用矩阵式 PACK 设计,可以实现 880 公里的超长续航(应该是 NEDC 工况),预计在 2021 年下半年实现量产。

图片 1

这里其实有很多点可以挖一下:

1、能量密度。这两款电芯单体能量密度均突破了 240Wh/kg,与蜂巢自己说的「能量密度比磷酸铁锂提高 40%」基本吻合。这里刚好有一个数据可以比对一下:今天国轩高科在回答投资者提问时透露,公司量产的磷酸铁锂电池单体能量密度最高已突破 190Wh/kg,已配套多款乘用车,pack 能量密度在 140Wh/kg 以上,续航在 400km 以上。大概推算一下,蜂巢无钴电池配套到整车上,系统能量密度大概在 180Wh/kg 左右,也就是说与现在宁德时代 811 电池性能相近。如果是这样,蜂巢这个电池表现还可以。

2、590 标准模组。在传统工艺中,电池变成电池包要经过「电芯-电池模组-电池 Pack」三个步骤。而电池模组走到现在,在尺寸大小上也形成了自己的标准(大概可以分为 355 模组、390 模组、590 模组)。发布会现场,蜂巢能源总裁杨红新透露,已经有两家欧洲车企在与蜂巢能源进行接触 。有意思的是,大众 MEB 平台适配的也是 590 电池模组,而且大众对电池需求量很大。大胆猜测,「两家欧洲车企」,其中之一可能是大众。就此,蜂巢官方告诉 GeekCar:「欧洲主机厂是我们的重要战略客户,并且也有了很好的进展。」

3、第二款产品:L6 薄片无钴长电芯。这个长电芯其实并不陌生,早在去年 4 月的上海车展上,蜂巢首次展出了 L6 长电芯,只是现在「芯」换成了无钴电芯。

4、至于实现 880 公里超长续航,我猜应该是用到了 CTP 技术,针对这个猜测,官方给出了肯定的回答。那么,技术核心应该就是这个矩阵式 PACK 设计。蜂巢采用的矩阵 PACK 设计将电池包划分为两个矩阵网络,将长的薄片无钴电池规则排列在网格内,在电池内部组成大型矩阵模块,矩阵与矩阵之间相互关联又相互独立,正常工况时能够保证整个矩阵模块的刚度。

同时,采用这种设计,成组效率可以达到 80%,而一般模组效率在 72%-75%。联想到比亚迪使用「刀片电池」技术实现 600 公里续航(NEDC 工况),如今,L6 薄长无钴电芯单体能量密度要更高于磷酸铁锂,且同样采用 CTP 技术,系统能量密度高出「刀片电池」不少,能够达到 880 公里的续航并不意外。

蜂巢能源表示,目前,NMX 无钴电池产品已经通过了国标和欧标的全部安全性测试。官方告诉我:「它的能量密度和三元基本相当,安全性比三元好,但是不如铁锂」。而成本方面,无钴电池 「有望做到和铁锂差不多,或者略高一点点,肯定比三元要低」。

小结

从账面上的数据来看,蜂巢能源的无钴电池并不差。同时,和两家欧洲车企的接触,从某种程度来看,也是对蜂巢能源的认可。

不过有一说一,这些参数毕竟还是纸面上的数据,并没有具体产品辅以验证。所以,蜂巢无钴电池的真实性能如何,暂时不好判断,我持一个谨慎观望的态度。

今年,动力电池市场的竞争激烈程度不亚于整车制造行业。比亚迪推出了「刀片电池」,即将在 6 月推出的汉上搭载,甚至落地某国际品牌;宁德时代的 CTP 电池也将在多款车型上落地(年底蔚来 100kWh 电池组可能就是宁德时代 CTP 电池包),同时其也有自己的无钴电池技术储备,「目前研发进展顺利,正在想办法搞好供应链」;还有最受关注的特斯拉,在「电池日」上很有可能公布与无钴电池相关的内容,CEO 马斯克甚至将这一天定义为「特斯拉历史上最激动人心的日子之一」,重视程度可见一斑……

相比于上面这些企业,蜂巢能源还是一个「萌新」,还需要长期的技术积淀,同时也会面临各种非议和压力。不过就像蜂巢能源市场部总监郝雷明说的那样:「这个慢慢来就好了,先让大家认识蜂巢,知道有人在做,慢慢积累,把它做好」。

作为媒体,我们乐见行业中有更多新秀崛起。

现在,蜂巢能源率先提交了自己的「无钴电池」作业。It’s your turn ,Elon!

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