不含锂、镍、钴和石墨的钠电池即将问世
欧洲 “电池一哥” Northvolt公司对外宣布，已开发出一种最先进的钠离子电池，其能量密度超过 160Wh/kg，不含锂、镍、钴和石墨等材料。据中国储能网引用专家分析，在钠离子电池领域，Northvolt 的技术领先于宁德时代。截止目前，宁德时代的钠离子电池使用了含镍、钴或锰等元素的化合物，其提高了电池的生产成本，同时安全性也低于 Northvolt 研发的电池。
图：来源于Northvolt公司
日开发出高能量无钴锂离子电池
日本东京大学提出开发高能量无钴锂离子电池新方案，成功实现稳定充放电约 1000次。新方案克服了硅氧化物负极伴随充放电的大幅体积变化导致的电极表面保护膜剥离、负极龟裂等问题，还有效抑制了电解液和电极引发的副反应，使新无钴锂离子电池能量密度达到原先的 1.6倍。此外，新方案消除了锂离子电池工作电压限制，拓展了蓄电池开发方向。
文章来源：东京大学网站、Northvolt官网
注：本站转载的文章大部分收集于互联网，文章版权归原作者及原出处所有。文中观点仅供分享交流，如涉及版权等问题，请您告知，我将及时处理！
观察｜续航终破800公里，传了20年的“无钴电池”即将密集问世？
文：懂车帝原创 张屹鹏
[懂车帝原创 行业]二十年前，一篇关于“结构稳定的层状材料镍锰酸锂”的文章诞生于日本。那篇文章的作者不会想到，二十年后，一家来自中国的企业即将把这个技术从实验室搬出来。
“网络上出现了‘无钴就是磷酸铁锂’的解读，我们要来正名，蜂巢能源的无钴是在镍钴锰三元材料中去掉了钴元素。”蜂巢能源总裁杨红新的这句开场白，似曾相识。
今年2月18日，特斯拉将研发无钴电池的消息不胫而走，一时间资本市场被激起层层浪花，钴元素相关股票纷纷大跌，“对面儿”的磷酸铁锂电池概念股却应声大涨。然而没过两天，特斯拉在一次回复用户时表示，“请留意4月（或推迟至6月）的电池发布会，无钴，不代表一定是磷酸铁锂。”
三个月后，蜂巢能源率先出牌了。
蜂巢能源发布了两款无钴电池，第一款无钴电池基于590模组的电芯设计，容量为115安时，电芯能量密度达到245瓦时/公斤。它是在通用化电芯尺寸设计基础上完成的，能够搭载到目前大部分新的纯电平台上，在整车端能够实现15年120万公里的质保，预计在2021年6月份推向市场。
第二款是L6薄片无钴长电芯，容量226安时，官方表示其正在与汽车企业合作开发，在矩阵式PACK设计支持下，是全球第一款可以实现880公里的续航里程的车型，预计可以在2021年下半年实现量产。
“无钴电池”已成大势所趋？
钴是一种稀缺金属，原子序数27，是锂电池正极材料中的重要组成部分。它能够提供稳定的电池性能结构，这对于锂电池安全性而言至关重要。
对于“无钴”这个概念，杨红新坦言：“无钴材料并非蜂巢能源的独创，人们在无钴材料的开发道路上已经持续走了20年，自从钴酸锂成为首个商业化的正极材料以来，由于钴的昂贵性和稀缺性，人们一直在寻找可替代钴的其它材料，我们预计，2026年后钴将供不应求。”
他说得没错，从钴酸锂中钴的59%占比值，逐渐发展到NCM 523（12%）、NCM 811（7%），直到无钴电池的0%。自去年7月蜂巢能源全球首发了无钴材料电池后，业内关于它的讨论不仅停留在技术层面，在很多业内人士看来，动力电池“无钴化”的风口已至。
早在2018年，马斯克就发布推特称，特斯拉的钴使用量将从目前的3％降至0％。最近，特斯拉长期合作伙伴Jeff Dahn教授团队表示，通过他们的实验，钴的必要性似乎并不高，降钴是特斯拉电池研发的主要目标之一。
今年2月《The Driven》曾报道称，特斯拉和宁德时代正在开发无钴电池。“公司有自己的‘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，因为是一个全新的、颠覆性的产品。”在不久前的业绩说明会上，宁德时代表示。
此前据多家外媒报道，宁德时代一直在研究无钴和低钴电池技术，宁德时代的无钴磷酸铁锂电池组成本已跌破80美元/千瓦时，电芯跌破了60美元/千瓦时，而低钴三元电池组达到了惊人的100美元/千瓦时。
钴元素被“排挤”的原因主要有二：稀缺、开采。
钴在地壳中的含量比较低，丰度仅为0.0025%，全球陆地钴的储量约为710万吨，区域分布却十分集中，刚果(金)在全球钴储量的占比为52%。在全球目前的钴元素消耗中，约50%左右用在锂电池上。“每一部手机大约会用到10克左右的钴，特斯拉纯电动车大约每辆会用到13公斤的钴。”杨红新举了两个很直观的例子。
“稀缺”带来的除了难以支撑新能源产业发展的焦虑，还逼出了日益走高的价格，且波动巨大。中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长王子冬表示：“电动车的发展在延续锂电池技术路线的时候，发现了很多问题，比如热失控、内短等。电动车用的电池和3C消费电子类用的电池体量完全不一样，前者的个别电池出现问题时会出现连锁反应。并且，资源方面也出现了问题，钴的价格从8万/吨涨到了最高60万/吨，大家都在做努力降低钴的占比。”
还有一点值得重点关注，即手挖矿和童工。从开采、出口，再到权益斗争，依靠钴不仅无法改变国家贫穷的面貌，反而秩序愈发混乱不堪。一份来自国际赦免法庭“关于钴贸易中侵犯人权行为”的报告中曾指出：儿童开采的钴，最终成为了苹果，微软，特斯拉和三星等知名科技公司的产品。
去年12月，苹果、Alphabet、微软、戴尔以及特斯拉五家公司，在美国被国际人权组织提起联邦诉讼。14名原告包括了开采钴矿时因隧道、墙壁坍塌等事故致残或致死儿童的监护人。并且，很多童工每天都会吸入大量有毒的灰尘，导致的严重后果不忍直视。
蜂巢能源，怎么做无钴电池？
坦白讲，三元材料和磷酸铁锂也确实“不争气”。
就现阶段而言，动力电池依旧处于“鱼和熊掌”的时期，以镍钴锰、镍钴铝为主要材料的三元技术路线，虽然能力密度比较高，可以显著提升电动车的续航里程，但却不得不在安全和使用寿命上做出一定的让步；磷酸铁锂电池发热量比较少，安全性好，但续航里程不尽如人意。在杨红新看来，通过结构设计创新来增加电池容量，无法规避增重问题，会带来电耗的增加。
蜂巢能源的薄片式无钴电池，概括来说，即通过单晶无钴材料技术、叠片电芯设计技术、矩阵PACK设计技术和车规级Ai制造等方式，可实现续航里程超过800公里，以及15年120万公里的长使用寿命。
文章开篇曾提到的镍锰酸锂，正是蜂巢能源无钴电池的正极材料，这个材料之所以历经二十年都没有从实验室走出来，很大程度上是因为存在难以逾越的难点。“比如+2价镍离子占据锂离子的位置，阻碍锂的拖嵌，使得锂镍混排大。另外，循环性能不理想，需要在高电压下才能够充放电。”杨红新介绍说。
蜂巢能源的做法是，首先通过阳离子掺杂技术提高材料的上限电压，实现能量密度比磷酸铁锂高40%。同时，采用了两种化学键能更强大的元素替代钴，掺杂到材料中，通过强化学键稳定氧八面体结构，减少了锂镍混排，改善了材料稳定性，且可以在4.3-4.35伏电压下稳定工作。
其次，单晶技术可以改善安全性和寿命，单晶与多晶相比具有更强的颗粒强度和更加稳定的结构，耐压力强度提高10倍，电芯寿命可以比多晶高镍三元高出70%。
同时，蜂巢能源无钴电池采用了纳米网络化包覆技术。三角网络是韧性最高的结构，合成过程中在单晶表明包覆了一层纳米氧化物，可以减少正极材料和电解液的副反应，有效改善了高电压下的材料循环性能，
再加上蜂巢能源引以为傲的“叠片设计"，其有效提升了电芯内部的体积空间利用率，层状结构可以使极片的平整度更好、应力更均匀、膨胀变形更小，该设计可以使无钴电芯的能量密度再提高5%，循环寿命再提升10%。
最后一个是矩阵式PACK，其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。在电池包内部组成大型矩阵模块，矩阵和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，而在非常规极端工况下，比如侧碰时，可以通过多个电芯分散撞击力，保证电池包和整车安全，成组效率达到80%（传统电池包和CTP技术为72%-75%左右）。据杨红新透露，目前第二款无钴电池正在和长城高端车型进行适配。
对于无钴电池，王子冬认为高性能并非第一课题，“无钴电池对行业贡献比较大，它的出现，我更希望在安全性、长寿命、可靠性等方面做文章。并且，在无钴的情况下，希望能把电压平台、能量密度、克容量拉高，来稀释镍材料成本的影响，这一点非常关键。”据官方介绍，蜂巢能源的无钴电池已经通过了国标和欧标的全部安全性测试，在安全性能上要优于三元电池，以热稳定方面为例，其通过了150摄氏度的热箱实验。
关于适配问题，真锂研究首席分析师墨柯也向懂车帝表达了自己的观点，他认为，无钴电池短时间内大规模应用的可能性不大，但若开始应用，车型适配方面不会有太大问题，“蜂巢能源所说的适配可能更多指的是其车规级概念，也就是方形叠片电池，这种电池可以做到扁平狭长，利于散热，利于PACK设计。”
写在最后：
特斯拉自研电池、特斯拉与宁德时代合作研发电池、宁德时代CTP技术、比亚迪刀片电池、蜂巢能源无钴电池......相信很多人都没想到，今年上半年动力电池技术的“竞赛”竟会如此精彩。无钴电池从各方面看已堪称完美，但在车型适配、实际应用表现等方面还需时间来验证。谈及开放，据杨红新透露，目前蜂巢能源已和两家国际品牌在深入沟通适配的可能性，对方非常感兴趣。
相关问答
未来动力 电池 的主流是 无钴 的磷酸铁 锂电池 呢?还是有钴的三元 锂电池 呢?未来汽车动力电池应为磷酸铁锂电池锂电池“无钴化”成为了行业技术研发的全新方向,主流的镍钴锰酸锂与镍钴铝电池都在不断的降低钴的比例。比如比亚迪电池的将...
特斯拉新型 电池 材料[最佳回答]特斯拉电池技术新突破用的是什么材料?无钴电池,特斯拉电池技术新突破;1.所谓无钴电池,并不是在生产电池中含有钴,而是针对纯电动车目前搭载的磷酸铁...
钴 和 锂电池 的关系是什么?纯钴电池:纯钴是指电池使用单一的钴锂材料。单一使用钴锂材料的电池。区别:钴锂的容量较好但价格贵、化学稳定性差所以一般的电池使用混合设计的方法降低成本...
特斯拉要推出 无钴电池 ，这会对什么板块形成冲击?你好,我看到这个问题之前,在我的微头条里分析过这个无钴电池。所以我在这里回答一下,送给有缘人,希望对各位有帮助。我先回答一下,特斯拉推出无钴电池会对...
锂电池 里的 钴 提炼过程?从废旧钴酸锂电池中回收锂和钴的方法具体包括:(1)对废旧钴酸锂电池进行放电、拆解、分类,获得正极片;(2)对所述正极片进行高温处理,至少用于去除所述正极片中...
钴 锰酸 锂电池 就是三元 锂电池 吗?没有区别,因为镍钴锰酸锂电池也就是三元锂电池,特点是高续航,能量密度大,活性大,但也容易热失效。一旦过充,也就是电量充太满,容易产生结晶,没有区别,因为镍...
纯 钴电池 的优缺点?1、钴的价格高,仅产于非洲的一部分地区,有地域纷争及价格变动的风险;2、LiCoO2的岩盐性结构,可去除的锂仅为原来比例的大约50%,就是说,过充时基本结构会发生...
前途k50用了什么 电池 呢,前途k50 续航[最佳回答]三元锂电池系大部分纯电动汽车与插电混动汽车所采用的电池类型,其拥有更高的能量密度以及更轻的重量。三元锂电池的正极材料存在多种抉择,有的通过...
钴 用于 电池 哪个地方?①钴最重要的用途是用于锂离子电池,锂离子电池的核心之一是正极材料,其中要用到钴酸锂。钴酸锂属于固体电解质,具有高能量密度和环保安全性等特点。②钴重要...
纯 钴 酸 锂电池 质量好吗?纯钴酸锂电池质量好,因为纯钴酸锂电池采用钴锂离子新技术,电池续航里程很长,电流稳定性能很好,电量容量大,安全性能很好。纯钴酸锂电池质量好,因为纯钴酸锂电...
