7月16日，蜂巢能源首款無鈷電池正式量產下線。蜂巢能源此次量產下線的無鈷電池是能量密度為240wh/kg、容量為115Ah-MEB的產品，後續將安裝在 長城尤拉 櫻桃貓車型上。據蜂巢能源技術人員介紹，這款電池相比一般 三元鋰電池 擁有高安全性、高能量密度、高迴圈壽命和低成本的核心優勢。那什麼是無鈷電池呢？下面就讓我來為大家揭秘。
無鈷電池顧名思義，從物質結構來說，只要是電池材料中不含 鈷元素 的電池，就可以稱為無鈷電池。雖然 磷酸鐵鋰電池 中也不含鈷元素，但嚴格意義上來說，無鈷電池主要還是針對去除掉三元鋰電池中的鈷元素的電池。看到這大家可能有點蒙圈了，直接不新增鈷不就好了，加了之後還要費力氣給它去掉。
對於我們常用的鋰電池按照正極材料來分有下面幾種型別：有磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、三元鎳鈷錳（NCM）。其中 鈷酸鋰 、三元鎳鈷錳兩種電池是含有鈷元素的。在正極材料中新增鈷不但可以抑制“鎳鋰混排”的現象，而且還可以降低材料阻抗值、提高材料電子電導率、改善倍率效能、降低電芯內阻等。用我們熟悉的話講就是可以提高電池放電電流、提高充電功率、延長電池壽命、增加電池安全性。可以說鈷全面地提高了三元鋰電池的效能。下面讓我從結構上給大家細講。
三元鋰（NCM/NCA）由於材料性質，在微觀狀態下是層狀結構，如上圖所示。鎳（Ni）元素則搭建了可以嵌入 鋰離子 的框架結構，提升了電池的能量密度，成就了三元鋰電池最核心的優勢容量。當電池充電時，層狀結構的三元鋰電池，由於鋰離子從正極中脫落，電池內部開始變得不穩定，原本儲存鋰離子的地方可能會被 鎳元素 “搶佔”。這樣導致電池放電時重新回到正極的鋰離子就“無家可歸”了，只能附著到原來鎳的地方，這種現象就稱為“鎳鋰混排”。而鈷元素由於材料性質，它所搭建的框架更加穩定，可以保證鎳元素隨時呆在自己應該呆的位置，避免“鎳鋰混排”現象。
如果發生了“鎳鋰混排”現象，那麼三元鋰電池裡面的微觀結構就可能徹底混亂，會造成電池容量下降、電池壽命縮短、還發生其它危險。為了抑制這一現象，同時提高鋰電池效能我們在三元鋰電池中添加了鈷元素。
資源稀少，價格高
既然鈷有這麼多好處，那為什麼各大電池廠家都在絞盡腦汁地要去掉它？大家都知道物以稀為貴，地殼中鈷的平均丰度僅為0。0025%，不但分佈分散，而且多為銅、鎳和鐵等礦種的伴生礦，其產量取決於相應銅鎳礦的開採。據美國地質調查局統計，截至2019年底，全球已探明的鈷礦儲量僅為700萬噸。幾年前，鈷的每千克的價格還不超過180元。但2017年第四季度以來，每千克鈷上漲到了420元左右。2018年，鈷的價格更是漲到了每千克650多元。目前鈷的價格已經非常昂貴，佔動力電池成本的10%左右。而一輛新能源車的三元鋰電池包，含鈷量可能就會達到10kg以上，如果不考慮回收和降低鈷用量的話，到2026年，就會出現“無鈷可用”的狀態。
不但貴，供應不穩定
貴也就算了，大不了多花錢買唄。剛果（金）其既是全球鈷資源儲量最多的國家，也是鈷產量最高的國家，貢獻了全球約70%的鈷產量。但其最近幾年動盪的政局影響著鈷產量與價格，有時花錢也買不到。反觀國內市場，我國的鈷礦量僅為8萬噸，佔比僅為1。14%，在世界上根本排不上號，但卻是世界上最大的鈷消費國，對外依存度達到80%以上。鈷在不但在新能源汽車行業需要，而且在航空航天等諸多領域都有重要應用，是典型的戰略資源。
能量提升的需要
既然貴，供應還不穩定那就去掉吧，不過用什麼代替呢？之前我們提到過三元材料裡面還有鎳，這種材料在電池正極構成儲存鋰離子的籠子，含量越高越有利於電池容量的提升，而隨著鎳含量的增高，鈷的含量就相應下降了。在追求更高的能量密度的電池浪潮下，使用更高的含鎳量的三元材料是目前業內的共同的發展趨勢，代表了產業升級的方向。追求容量提升和減少鈷的用量不謀而合。
從動力電池中去除了鈷元素，理論上講可行，但實際上難度很大。去除了鈷後，正極材料會變成二元鎳錳酸鋰或四元材料鎳鈷錳鋁（NCMA）聚合物，材料的組分會發生很大改變，但框架結構保持不變。目前， LG 化學、 松下 等電池巨頭還無法量產無鈷電池。
之前說過鈷在電池材料中主要起著穩定框架結構的作用，在去除鈷之後，如何穩定電池的結構？為此，蜂巢能源提出了 陽離子 摻雜和 單晶 技術。
什麼是陽離子摻雜技術呢？在正極材料的製作時，將與氧化學鍵鍵能高的陽離子摻雜到晶體結構中去，加強框架結構的穩定性，這樣有利於電池充滿電後脫鋰的結構穩定。
那麼什麼是單晶技術呢？目前量產的三元鋰電池正極材料大多是由奈米級別的一次顆粒團聚形成的，10微米左右的二次球型多晶材料。 多晶 的本質就是大量的小單晶的集合體。打個比方，白砂糖和 單晶冰糖 都是蔗糖，白砂糖可以認為是多晶材料，單晶冰糖則可以認為是單晶材料。單晶材料比傳統的球形多晶顆粒具有更高的顆粒強度，有利於改善安全性和迴圈效能。透過陽離子摻雜和單晶技術的兩個關鍵技術的突破，蜂巢能源量產了無鈷電池。
能量密度高於磷酸鐵鋰
無鈷電池的能量密度與三元鋰電池相當，與磷酸鐵鋰電池相比具有高能量密度的優勢。本次量產下線的無鈷電池能量密度達到了240wh/kg。
成本下降
不止如此，由於無鈷電池去掉了有著價格原罪的鈷元素，與三元鋰電池相比成本有明顯下降，只會比磷酸鐵鋰電池高一點。
相比三元鋰電池更安全
至於安全性方面，蜂巢能源表示無鈷電池在安全上優於傳統三元鋰電池，與磷酸鐵鋰電池表現類似。舉例來說，無鈷電池可以輕鬆透過150℃的熱箱試驗，而傳統三元鋰電池一般情況下只能透過130℃的熱箱。
意義
行業層面來說無鈷電池不但可以降低貴金屬鈷元素的使用，降低材料和電池的成本，而且可以提升電池能量密度。國家層面來說，鈷作為稀有資源，面臨的價格高、資源少、受牽制的風險。無鈷電池可降低新能源行業對鈷的需求，降低國家的資源風險。是對於我們終端使用者、普通消費者來說，在保證電池效能的同時，還能降低購買的成本，才是最大的福音。在成本、安全性、效能，三大方面有著優勢的無鈷電池，在我看來確實是鋰電池產業的發展發一個方向。喜歡的話請持續關注我，我的易車號：
鄭思學
，後續將帶來更多新能源方面的資訊。
