无钴电池争议背后的真相

　　近来，动力电池圈很热闹，CTP技术、刀片电池等不断闪亮登场。不过，这几项技术集中于应用层面的改进，动力电池根本性的革新还在于自身材料体系的变化。而无钴电池的概念一经推出，立即引起了大家广泛的兴趣，如果这一概念落地，便是真正的根本性革新。

　　在我国，把无钴电池炒成热点的是特斯拉，后来，蜂巢能源举办了一场无钴电池发布会，再次吸引了众多目光。然而，近日的一则消息让人们对无钴电池又产生了不少疑问，甚至是争议。6月16日，有媒体爆料称特斯拉从Glencore公司购买钴，交易量可能高达每年6000吨。既然特斯拉将制造无钴电池，又为何购买这么多钴材料？此前宣传的无钴电池难道是噱头？那么，蜂巢能源的无钴电池又是否能够真的落地？

　　■特斯拉的无钴电池是噱头？

　　一直以来，特斯拉使用的都是松下提供的三元电池（NCA），其中含有钴元素。在去年的特斯拉财报电话会议上，有分析师向特斯拉创始人、首席执行官马斯克提到，钴等稀有金属价格剧烈变动将影响特斯拉的前景。马斯克当时对此的回应是：可以把钴的使用量降到零。自从那以后，特斯拉将推出无钴电池的概念诞生了，这条信息经过媒体的传播不断得到强化。

　　2019年5月，特斯拉宣布完成对Maxwell的收购。Maxwell是全球著名的超级电容制造商，在业界看来，特斯拉收购Maxwell并不想用超级电容代替锂电池，而是看中了生产超级电容的干法技术。

　　超级电容产业联盟理事长、中车新能源总经理陈胜军告诉《中国汽车报》记者，相比于传统锂电池生产方法，使用干电极技术有诸多好处，超级电容不受锂、钴、镍等贵金属资源限制，主要原材料是活性炭，这种物质主要来源于椰壳等自然界生物质通过活化制成。陈胜军还说：“干法工艺可以显著增加极片活性物质的负载量，从而有效提升储能器件能量密度。”

　　马斯克在财报电话会议上说“可以把钴的使用量降到零”，或许是想通过干法技术摆脱钴元素的束缚。据特斯拉评估，该工艺如果应用于锂离子电池，在现有体系条件下可将锂离子电池能量密度提升10％～30％以上。既不使用钴元素，又能提升电池性能，这是一件两全其美的事情。

　　事实上，锂电池充放电过程中，从正极脱嵌的锂离子，并没有100％在放电时回到正极，如果可以从正极材料外再寻找到一个锂源，保证正极脱嵌的锂离子不会浪费于化成过程，最终就可以提高电池容量。这个提供外界锂源的过程，就是预锂化。预锂化对于提高动力电池的能量密度和循环寿命有着重要意义。传统湿法工艺需要使用大量的有机溶剂，很难实现预锂化。干法工艺在整个制备过程中没有溶剂参与，因此，在原材料混合阶段就可以添加金属锂。

　　特斯拉在动力电池领域的动作不止于收购Maxwell。2月3日，宁德时代发布公告称，公司拟与特斯拉及特斯拉（上海）有限公司签订协议。协议中约定，宁德时代将向特斯拉供应锂离子动力电池产品。坊间一直传言，宁德时代将向特斯拉提供磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池中不含有钴元素，有些人又很自然地把特斯拉上海工厂的Model 3将使用磷酸铁锂电池与无钴电池概念联系在一起。

　　然而，6月16日，有媒体爆出消息称特斯拉从Glencore购买钴，交易量可能高达每年6000吨。特斯拉要推无钴电池，但却又大量购买金属钴，难道特斯拉的无钴电池是噱头？

　　■特斯拉或许另有所图

　　“特斯拉收购Maxwell确实想利用超级电容的干法技术提高锂电池的性能”，宝晟（苏州）能源科技有限公司总经理郜明文说，“但这项技术的运用并不是那么容易。”

　　超级电容的干法技术不仅可以预锂化，还能带来其他很多好处。与传统工艺相比，干法技术省却了涂覆过程中的溶剂添加、干燥蒸发、二次辊压等工序，成本自然大幅度降低，另外，电极切条分边后，未与集流体涂覆的材料仍然可以再次辊压利用，这就减少了材料浪费，提高了材料的利用率，而传统湿法不能如此重复利用。

　　在干法技术的生产过程中，流水线必须将PTFE（聚四氟乙烯）纤维化，使活性物质与纤维化的PTFE形成网络交联结构，这是成膜前预处理的难点之一。在连续的挤出辊压过程中，预处理后的活性材料仍然是粉体材料，使粉体材料能够形成均匀一致的片状材料，是整个工艺流程中的又一个难点。成型的片状材料机械强度必须高，只有这样才能保证整个工艺流程的连续生产，片状材料还必须表面光亮，这样才能保证均匀性、一致性较好。

　　特斯拉收购Maxwell已有一年多的时间，估计用干法技术尝试过生产锂电池，或许试验结果不是那么理想，或许达不到量产电池的要求。但与此同时，特斯拉上马锂电池（三元电池）项目已是箭在弦上，不得不发。时间不等人，特斯拉不能等到干法技术真正取得突破才生产锂电池，及早订购钴可以保证自己在未来不处于被动地位，这或许是特斯拉大规模购买金属钴的原因所在。

　　另外，值得注意的是，自从特斯拉传出无钴电池概念之后，金属钴的价格被打压下去。据金投网信息显示，2019年5月5日，电解钴≥99.8％，价格为263000～278000元/吨。2020年5月20日，电解钴≥99.8％，价格为245000元/吨，大约一年时间，钴价格降低了18000～3000元/吨。如果按照特斯拉与Glencore每年6000吨交易量来估算，特斯拉每年可以省下1.08亿～1.98亿元。这也是很值得玩味的地方。

　　■蜂巢能源的无钴电池正待接受市场考验

　　有业内专家告诉《中国汽车报》记者，从动力电池剔除钴元素，理论上讲可行，但实际上做不到。无钴化后，材料的组分会发生很大改变，正极材料也许会变成二元或四元材料，但基本结构仍然不变。二元材料指的是镍锰酸锂，四元材料指镍钴锰铝（NCMA）聚合物。

　　真锂研究总裁墨柯在接受采访时也认为，目前三元去钴还到不了实用阶段，松下、LG化学等电池巨头还做不到“去钴实用”。

　　无钴电池难住了特斯拉，那么蜂巢能源开发的无钴电池真正突破了技术限制了吗？对此，记者采访了蜂巢能源的相关人士，该相关人士表示，蜂巢能源近期发布的两款无钴电池完全不含钴元素，这些无钴电池产品通过了一系列的测试，结果显示无钴方案可行。

　　专家告诉记者，钴在电池材料中起着稳定结构的作用，无钴之后，蜂巢能源的电池依靠什么技术稳定电池材料的结构？蜂巢能源的相关人士表示，主要通过阳离子掺杂和单晶技术。掺杂技术是采用与氧化学键键能高的阳离子掺杂到晶体结构中，这样有利于高电压下脱锂后结构稳定。单晶技术比传统的球形多晶颗粒具有更高的颗粒强度，有利于改善安全性和循环性能。使用纳米网络包覆，这样材料更均匀包覆，减少与电解液的副反应，提升循环寿命。

　　目前，磷酸铁锂和三元锂电池是市场的主流产品，无钴电池必须具有自己的优势才能被消费者认可。对此，蜂巢能源的相关人士显得非常有信心。他告诉记者，三元电池有更高的能量密度，但安全性相对较差，磷酸铁锂电池安全性相对更好，但能量密度提升比较有限。无钴电池相对磷酸铁锂电池具有高能量密度的优势，相对三元电池具有安全性优势，无钴电池兼具了三元和铁锂电池的优势，为广大客户提供了一个全新的解决方案。

　　此外，价格和安全是用户能否接受无钴电池的关键因素，无钴电池具有这两方面的优势吗？蜂巢能源的相关人士告诉记者，无钴电池去掉了价格较高的钴元素，相比三元电池成本有显著降低，接近磷酸铁锂电池的成本，只比磷酸铁锂略高一点。

　　该相关人士进一步表示，之前无钴电池已做过各种测试，结果表明无钴电池的安全性优于三元电池，接近磷酸铁锂电池，例如，无钴电池可以轻松通过150℃热箱试验，而三元电池一般标准下只能达到130℃左右。他透露，蜂巢能源7月将有2吨无钴材料下线。