2月中下旬，一則新聞讓新能源車行業(yè)炸開了鍋——特斯拉正與寧德時代共同研發(fā)『無鈷電池』，或?qū)⒂糜趪a(chǎn)Model 3車型。它直接造成幾家有涉鈷業(yè)務(wù)的上市公司直接跌停，但是對于消費者而言，可能不太理解這個消息背后的深刻意義。
那么，『無鈷電池』到底是什么呢？它真的很重要嗎？
這里簡單科普一下，純電車使用的動力電池，根據(jù)正極材料的不同分為幾大類，目前市場最主流的兩條技術(shù)線路就是『三元鋰電池』和『磷酸鐵鋰電池』。這兩種電池的隔膜、電解液以及負(fù)極材料基本都相同，唯一不同的是正極材料。
從廣義上來看，電池的正極材料中含有鈷元素的電池，都可稱作『有鈷電池』，正極材料中不含鈷元素的電池，都可稱作『無鈷電池』。
從狹義認(rèn)知來看，『三元鋰』指的是包含鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn）或鋁（Al）三種金屬元素的聚合物，其中“NCM”、“NCA”中的C就代表鈷元素，所以它們都屬于『有鈷電池』；而磷酸鐵鋰電池的正極是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4材料，所以我們通常會認(rèn)為『無鈷電池』就是磷酸鐵鋰。
再進(jìn)一步說，為什么特斯拉突然要改用『無鈷電池』呢？
其實，這些年來特斯拉一直都在致力于降低鈷的使用量。2009年，在Roadster上，特斯拉用的是鈷酸鋰電池。2012年，在Model S上，鈷的使用量是11千克/輛車。2018年，在Model 3上，鈷的使用量為4.5千克/輛車。到如今。2020年，特斯拉打算使無鈷電池。而鈷的使用量逐步遞減，最終目的還是因為『成本』。
我們都知道，電動車的核心部件是三電系統(tǒng)。三電系統(tǒng)中，以電池的成本最高，可占到整車成本的35%-40%；在三元鋰電池中，又以鈷材料的成本最高，可占整個電池包成本的30%-40%。而在磷酸鐵鋰電池中，正極材料只占電池成本約13%-15%。
在前一段世界召開的電動車百人會上，中國科學(xué)院院士歐陽明高提到，現(xiàn)階段新能源車的動力電池的成本在0.6~1.0元/Wh之間，其中下限是相對更便宜的磷酸鐵鋰電池，上限是成本更高的三元鋰電池。換裝無鈷電池，特斯拉又可以繼續(xù)降本放量。
使用『無鈷電池』，除了價格的下降，還包括價格與供應(yīng)的穩(wěn)定。因為鈷通常是銅或鎳開采的副產(chǎn)品，它容易受到這些金屬的需求和價格波動的影響。
除此之外，很容易被人忽略的一點是：特斯拉與寧德時代采用新的電池技術(shù)，其實也是在擺脫核心供應(yīng)商的桎梏。在此之前，我們都知道特斯拉與松下建立起了非常緊密的合作關(guān)系，但是在Model 3產(chǎn)能爬坡時，松下的電池供應(yīng)速度被馬斯克多次吐槽，傳出不少“緋聞”。換句話說，當(dāng)最關(guān)鍵的核心供應(yīng)商只有一家的時候，對特斯拉的生產(chǎn)制造而言，是冒著極大的風(fēng)險的。
增加供應(yīng)商、開拓新的技術(shù)線路，將雞蛋放在不同的籃子里，這在商業(yè)競爭中才是一個更加聰明的方案。就在筆者的落筆之時，又有新的消息傳出特斯拉準(zhǔn)備自產(chǎn)電池，這也佐證了這一點推測。
有趣的是，當(dāng)外界紛紛猜測，特斯拉將與寧德時代共同研發(fā)新一代磷酸鐵鋰電池時，『特斯拉上海超級工廠』在抖音回復(fù)網(wǎng)友稱：“請留意四月特斯拉的電池發(fā)布會，無鈷，不代表一定是磷酸鐵鋰”，隨后該條評論被官方刪除。這讓我們對兩者合作的產(chǎn)生了更多的好奇。
但無論是使用不含鈷的磷酸鐵鋰電池的路線，還是采用NCM811高鎳電池向NCMA（鎳鈷錳鋁）四元電池進(jìn)階、并在過程中逐漸以經(jīng)過處理的其他包覆元素來代替鈷的路線。這都是一件好事，因為：
于特斯拉而言，與國內(nèi)動力電池巨頭寧德時代合作，既可進(jìn)一步降低成本，還可以提升效率，同時增加了電池供應(yīng)渠道，還可以保證上海工廠不受電池瓶頸限制，可謂一石多鳥。
于新能源汽車市場而言，特斯拉與寧德時代的合作，或?qū)⑦M(jìn)一步降低國產(chǎn)特斯拉的制造成本，進(jìn)而將國產(chǎn)特斯拉售價空間繼續(xù)下探，進(jìn)一步激活國內(nèi)25萬級別的電動車市場。
無獨有偶，在特斯拉公布前1個月，比亞迪也同時宣布推出新的“無鈷電池”——超級磷酸鐵鋰電池，官方又稱之為『刀片電池』。
所謂刀片電池，是指“長電芯方案”（主要指方形鋁殼），一種通過增大電芯的長度（扁長化設(shè)計），以陣列的方式排布在一起，像“刀片”一樣插入到電池包里面，從而改進(jìn)電池包集成效率的技術(shù)。它不是指某一個特定尺寸的電芯，而是可以基于不同需求制作成不同尺寸的電芯，大致原理如下：
通過刀片電池的方式，比亞迪的磷酸鐵鋰電池的能量密度可達(dá)到180Wh/kg，相比此前提升大約9%，而體積能量密度可以提升50%，同時，通過更改內(nèi)部機(jī)構(gòu)等技術(shù)，單位成本可以降低30%。據(jù)比亞迪官方介紹，新的刀片電池壽命可達(dá)百萬公里以上。
比亞迪官宣「漢」將是全球首款搭載「刀片電池」的車型，有望于今年6月上市。
刀片電池特殊的地方不僅是全新的電池排布結(jié)構(gòu)，還有一個重點是，它是一款磷酸鐵鋰電池。這在三元鋰電池方案蔚然成風(fēng)的行情下，也是一個逆勢而行的決斷。
比亞迪選擇它，也是看中了它的幾個優(yōu)點。
首先，磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，難以分解，即便遇到高溫或過充，也不會像鈷電池一樣、結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強(qiáng)氧化性物質(zhì)，因此磷酸鐵鋰電池天生就具有更好的熱穩(wěn)定性，即使碰撞破裂也不容易發(fā)生自燃。
熱穩(wěn)定性更差的三元鋰頻發(fā)自燃
其次，磷酸鐵鋰還擁有更好的耐用性，完全充放電循環(huán)次數(shù)大于3500次后電量才會衰減到原有的80%。再來，因為它沒有貴重金屬（鎳鈷金屬元素），所以在生產(chǎn)成本上較低，且生產(chǎn)環(huán)節(jié)更加環(huán)保。
以上優(yōu)點都是三元鋰電池不具備的。
我們看看銷量。2019年，我國動力電池產(chǎn)銷量分別累計為85.4GWh和75.6GWh，其中，三元電池產(chǎn)量累計55.1GWh，占總產(chǎn)量64.6%，累計銷售53.0GWh，占總銷量70.0%。磷酸鐵鋰電池產(chǎn)量累計27.7GWh，占總產(chǎn)量32.4%，累計銷售20.6GWh，占總銷量比27.2%。
從這個比例來看，三元鋰電池的市場表現(xiàn)顯然比磷酸鐵鋰更加強(qiáng)勢，造成這個現(xiàn)象的原因，主要還是鐵電池仍有不少缺點沒被解決。
一是低溫性能差。磷酸鐵鋰電池溫度使用下限值-20℃，且低溫環(huán)境下放電性能差，在0℃ 時的容量保持率約60～70%，-10℃時為40～55%，-20℃時為20～40%。與此相對，三元鋰電池低溫溫度使用下限值-30℃，低溫放電性能好，和磷酸鐵鋰電池相同低溫條件下，冬季時里程衰減不到15%。所以，相較于三元鋰電池組，磷酸鐵鋰更加依賴于電動車的用車環(huán)境和電池溫控系統(tǒng)。
二是能量密度低。受制于化學(xué)特性，磷酸鐵鋰電池的電壓平臺低，普通磷酸鐵鋰電池的能量密度大概在140Wh/kg左右。哪怕是比亞迪的超級磷酸鐵鋰電池，能量密度也就只能達(dá)到180Wh/kg，距離三元鋰電池動輒200Wh/kg以上能量密度，還是有差距。
還有一個大家比較容易忽略的點——補(bǔ)貼因素。之前的三元鋰電池因為能量密度更大，能夠拿到的補(bǔ)貼更多，大家自然走更加輕松的路，但是2019年的補(bǔ)貼全面下跌之后，兩者的差距越來越小，這也是磷酸鐵鋰電池又重回人們的視野的重要原因之一。
低溫性能和政策原因，大家比較容易理解，我們這里重點說說鐵電池的能量密度問題。這一點正是寧德時代和比亞迪攻堅的重點：比亞迪交出的是『刀片電池』結(jié)構(gòu)，而寧德時代交出的就是『CTP技術(shù)』。
比亞迪刀片電池的特點
從比亞迪披露的專利來看，刀片電池是把電芯長度拉長，厚度做薄，做成430mm甚至2500mm的超長電芯，其電芯是兩端出極耳。和傳統(tǒng)方形電池相比，呈現(xiàn)“扁平”和“長條”形狀，并且直接省去了電池模組這個環(huán)節(jié)。
在電池包總體積一致的情況下，現(xiàn)有的電池PACK結(jié)構(gòu)，多出了各模組的側(cè)板、端板、緊固件、橫梁、縱梁等組件；而采用了新結(jié)構(gòu)的比亞迪電池包，除去電池管理系統(tǒng)、配電箱等組件，包內(nèi)空間利用率大概在62%左右。受到不同的電芯布局方式影響，包內(nèi)空間利用率分別為55%到65%，如有需求甚至可以達(dá)到80%。
由于零部件的減少，帶來重量的減少，因此單位質(zhì)量能量密度也能夠提高，整車?yán)m(xù)航里程也能提高。采用新結(jié)構(gòu)的電池PACK，帶電量約增加20%-30%，續(xù)航里程也能提升20%-30%。
寧德時代CTP的特點
相比比亞迪的刀片電池，寧德時代在技術(shù)上并沒有那么激進(jìn)，它還是保留了模組概念，只不過模組的數(shù)量減少了，或者說每一個模組都變大了。
根據(jù)寧德時代的專利，一個大模組里面被若干個塑料材質(zhì)的散熱板分割成一個個小的空間，方殼電芯就像電腦硬盤一樣，可以插進(jìn)這些小空間。
每個電芯的側(cè)面還貼有導(dǎo)熱硅膠墊片，且電芯寬度方向的散熱板留有散熱通道，可以直接于外部的冷卻管路連接。
根據(jù)寧德時代的數(shù)據(jù)顯示，這樣做能夠減少約40%的零部件，這些零部件來自模組之間的連接線束、側(cè)板、底板等。此外，在電池體積不變的情況下，采用CTP技術(shù)的電池Pack包內(nèi)體積利用率也提升了15%-20%。
————————
寧德時代的CTP技術(shù)，比亞迪的刀片電池技術(shù)，都大幅提升了磷酸鐵鋰電池的能量密度，當(dāng)這一塊短板被補(bǔ)齊，后補(bǔ)貼時代，我們或許很快就能看到鐵電池的回歸。
其實，無論特斯拉和寧德時代最終決定使用什么技術(shù)線路，它和比亞迪的選擇，都會對現(xiàn)有的三元鋰電池市場造成極大的沖擊。屆時，車型的成本減低，消費者也能用更少的錢買到同樣出色的產(chǎn)品了。
