無鈷電池vs石墨烯電池 最近很火的電池技術哪個才是真靠譜?

今年2月份，當特斯拉宣布要研發無鈷電池之時，資本市場就掀起了層層波瀾，鈷元素相關的股票也紛紛大跌。然而人算不如天算，受全球新冠疫情影響，原本定於4月份舉行的特斯拉電池發布會一推再推，直到現在也沒有任何確切消息。

正可謂西邊不亮東邊亮，一直默默無聞的蜂巢能源此時突然站出來搶了馬斯克的風頭，5月18日，其率先發布了兩款全新的無鈷電池產品，並宣稱最快將在明年6月推向市場。不用問，一定有不少「小朋友」腦袋上冒出大大的問號，無鈷電池究竟是個什麼東東？它又有何玄妙之處？一向愛吃瓜更愛把瓜吃透的邦老師決定趕緊來跟解答一下這個問題。

鈷元素在三元鋰電池中有什麼作用？

對於三元鋰電池來講，它的關鍵組成部分有正負極、隔膜和電解液。正極為鋰的氧化物，如常見的鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰，負極材料為石墨，正負極之間使用多孔材質的隔膜進行隔離，防止二者接觸，不過隔膜之間的空隙可以允許鋰離子通過，而正是依靠鋰離子在正負極之間的遊走從而產生電流，實現電池的充放電。

當電池充電時，鋰離子會由正極移動到負極，但在其離開之後，不太「安分」的鎳離子可能跑去「侵佔」原本屬於鋰離子的位置，此時一旦放電，鋰離子會再次由負極回到正極，被鳩佔鵲巢的它無奈只好跑去填鎳離子的坑。這種情況就是所謂的「鎳鋰混排」，輕則導致電池循環壽命縮短、電池容量下降，重則引發電池組安全隱患甚至安全事故。現在終於輪到今天的主角「鈷元素」閃亮登場了，它最大的作用就是可以抑制鎳鋰混排，提升電池的穩定性。那麼問題來了，「鈷」既然如此重要，那為啥大家還要想方設法把它「消滅」呢？原因很簡單，五個字簡要概括：物以稀為貴。

目前全球已探明的鈷儲量僅約710萬噸，其中還有一半在剛果。由於剛果的政局長期處於不穩定的狀態，這導致其礦產出口政策存在著很大的不確定性（早在2007年剛果就曾出臺相關政策限制鈷的出口）。這就導致鈷的價格居高不下，目前大概在25萬元每噸左右，要知道這可是鎳的2.5倍左右，據權威機構測算，採用無鈷化的三元鋰電池電芯成本能下降10-15%。以上種種都促使各方萌生和堅定發展無鈷電池的意願和決心。

蜂巢能源如何實現電芯無鈷化？

簡單來說，電芯無鈷化的關鍵有兩個，其一是通過摻雜無未成對的電子自旋特定元素，減弱電子超交換的現象，從而降低鋰/鎳元素的混排。其二是通過摻雜M-O鍵能大的元素，從而減緩晶體在充放電過程中體積的變化，起到穩定結構的作用。蜂巢能源通過上述兩項技術，最終實現了電芯無鈷化。

蜂巢能源共推出兩款產品，第一款產品是基於590模組的電芯所設計，其電芯的能量密度達到了245Wh/kg，電池電量為96kWh，續航裡程將達到600km，該產品將於2021年6月正式推向市場。

第二款為L6薄片無鈷長電芯，其電芯能量密度為240Wh/kg，電池電量為135kWh，NEDC續航裡程為880km，該產品預計將在2021年下半年推向市場。

蜂巢能源聲稱，目前這兩款產品已經完成了實驗室階段設計，但還要按照整車的要求進行全方位匹配和驗證，如裝車後的高低溫環境測試、與電池管理系統（BMS）的匹配以及足夠公裡數的道路測試等等，這也是發布與上市之間存在一年以上時間差的原因所在。

除了蜂巢能源以外，其他企業研發無鈷電池的進度如何？

如文章開頭所說，特斯拉在今年2月份就率先放出研發無鈷電池的消息，但原本定於4月份的電池發布會一直跳票不知何時才能落地。不過長期與特斯拉合作的傑夫戴恩（Jeff Dahn ）團隊通過摻雜鎂、鋁或者錳元素，完全替代了三元鋰電池中的鈷，從實驗結論來看，鎂與鋁有類似鈷的作用，可以起到穩定電池結構的效果，我們有理由推測特斯拉的無鈷電池很有可能採用這樣的技術路線。

（上圖為Jeff Dahn）

此外，寧德時代董事長曾毓群在業績說明會中提到了公司有自己的無鈷電池技術儲備，目前正在想辦法管理好供應鏈，不過具體細節尚未可知。

（上圖為寧德時代董事長曾毓群）

總體來說，目前不少電池供應商和車企都將無鈷電池作為未來的發展方向，這也是短期內能有效降低三元鋰電池成本的重要手段之一，總的來說還是比較靠譜的。不過也有一些車企選擇另闢蹊徑，想搞出點一鳴驚人的大事情，比如廣汽新能源近期公布的石墨烯電池。

8分鐘充電85%到底是真是假？

官方給出的消息十分簡短，僅僅提到了電芯的能量密度為200 Wh/kg，並且可以實現8分鐘充電85%。可以看到，廣汽不僅沒有提到任何技術細節，就連一些基本信息如電池容量、所使用的充電樁功率、電池循環壽命都沒有進行任何披露或說明。

以目前在售的Aion S為例，電池容量最小的炫530搭載了49.4kWh的電池包，即便不考慮外界溫度對於電池充放電效率的影響，使用功率為315kW的充電樁才能達到8分鐘充電85%的效果。如果換成電池容量更大的Aion LX 80版（93kWh），則至少需要功率約為600kW的充電樁，但目前國內充電功率最高的特斯拉V3超級充電樁也只能達到250kW。

保時捷Taycan在使用位於德國的800V電壓、350kW充電樁時，可在15分鐘內可將電池量充至80%，但由於高壓、高電流的原因，這對於充電電纜的冷卻技術、電網的運行負荷都提出了很大要求，所以如何獲得如此高的充電功率是一個不小的難題。此外，石墨烯在中國市場上的售價約為1000元/克，比黃金還要貴上1倍，成本問題如何解決也是我們非常好奇的點之一。

此前，傳奇汽車設計師亨德裡克·菲斯克（Henrik Fisker）以及三星集團都宣布要研發石墨烯電池，但最終均以失敗告終。截止目前，市面上並不存在一款真正的石墨烯動力電池，僅有比亞迪秦、唐通過石墨烯改性（石墨烯粉末添加到電極材料的製作過程）起到導電添加劑的效果，即便如此這對於製作工藝的要求已經非常之高，導致這一技術路徑至今應用仍然不太廣泛。

邦點評

隨著新能源行業的飛速發展，各種電池技術也是層出不窮，無鈷電池的出現很好的解決了三元鋰電池對於鈷元素的需求，這可以降低電池的生產成本，能讓消費者在買車、用車時真正受益。目前看是一個比較靠譜的技術路徑，期待更多廠家相關產品的儘快落地。

而廣汽的石墨烯電池又給人們許下了一個的美好願望，不過這個美夢什麼時候才能照進現實才是我們更加關心的。這就好比此前廣汽所宣傳的Aion LX達到L3級自動駕駛一樣，直到現在還未曾實現，讓人覺得這只是一種用來宣傳的噱頭。四個字與廣汽共勉：行勝於言。