趣头条特斯拉、比亚迪做不出的无钴电池,蜂巢能源凭什么敢说明年量产?


2012年 , 长城汽车决定开展锂离子电芯的研发工作 , 于是成立了电池项目组 。 而后 , 为了兑现自己电动化走向世界的承诺 , 这个动力电池事业部独立出来成立了蜂巢能源 。 变革、更新 , 似乎是蜂巢能源从创立之初就被定下的准则 , 这不只是一家电池厂的成果 , 更是背后一个汽车品牌的勃勃野心 。
5月18日 , 这家由长城汽车独立出来的动力电池企业蜂巢能源宣布正式推出无钴电池 , 这种无钴电池做到了真正意义上的无钴 , 将传统镍钴锰电池中的钴元素剥离出来 , 正极材料仅为镍锰 , 实现钴含量为0的目标 。
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蜂巢能源也不只是纸上谈兵 , 而是将想法落地 , 就在发布会上推出了两款无钴电池 , 一款能量密度达到了245Wh/kg , 容量为115Ah , 续航里程能达到600km , 明年6月前即可正式量产;另一款电池容量为226Ah , 能量密度达到了240Wh/kg , 续航里程达到880km , 也将在明年下半年实现量产 。
近几年 , 电池制造商纷纷致力于发展无钴电池 , 但到目前为止并没有真正意义上的无钴电池商业化 。 那么 , 钴在电池中就真的那么重要吗?
是的 , 就是那么重要 。 锂离子电池充放电循环高电流密度条件工作时 , 正极材料在电池反应中和电解液在循环更为不稳定性 , 材料表面会生成一层阻碍膜 , 增加电池的阻抗 , 也会导致电极材料的结构崩塌 , 让锂离子的嵌入更困难 , 从而影响电池输出的电流和电压 , 并产生安全隐患 。
简单来说 , 没有钴 , 会让电池的寿命和安全性降低 。
那么 , 要延长电池寿命 , 提高电池安全性 , 减缓材料表面阻碍膜的生成和维持电极材料的结构就是关键 。
钴就可以起到这个作用 。
以目前应用最广的镍钴锂NCM电池为例 , 钴的加入可以稳定正极材料的层状结构 , 并提高材料的循环和倍率性能 ,
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但钴在电池中只起到稳定结构的作用 , 不参与充放电的反应 , 同样质量的电极中 , 钴的含量增加会降低锂的含量 , 最终导致电池能量密度的低下 。
此外 , 钴资源的含量在全球分布不均 , 钴矿成分复杂 , 开采困难 , 采购成本居高不下 , 在大环境不友好的情况下 , 钴很可能成为扼住电池生产的命运之手 , 影响产能和电池发展 。
也就是说 , 从成本和电池容量的角度考虑 , 电池去钴是大势所趋 。
那么 , 无钴电池又要如何解决前文提到的寿命问题呢?
蜂巢能源官方称 , 无钴电池的核心技术有三项:阳离子掺杂技术、单晶技术、纳米网络化包覆 。

阳离子掺杂技术:
电池内部传递电流 , 是通过锂离子在正负极之间穿梭 , 并进行反应来导电 。 而镍的作用是提高增加材料的体积能量密度 , 在无钴高镍正极材料中 , 活性元素镍的价态有+2 价、+3 价两种 , 锰含量过高时 , 镍的二价离子也会越多 , 二价镍离子和锂离子的离子半径相似 , 会有部分迁移到Li层之中 。
简而言之 , 二价镍离子很容易取代锂离子的点位 , 作为电池反应物的锂离子没有地方去 , 也就没有办法进行反应 。 不但会造成材料的容量降低 , 还会导致材料的阻抗增加 。
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蜂巢能源称使用了两种更稳定的元素替代钴对材料进行掺杂 , 建立更为稳定的八面体结构减少锂镍混排 , 大幅改善的材料的稳定性 , 可以在4.3——4.35V电压下稳定工作 , 并不会让能量密度出现明显降低 。


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