无钴樱桃猫车型亮相:电池性能与供应安全求得新解法-电动汽车观察家

无钴樱桃猫车型亮相:电池性能与供应安全求得新解法

8月29日,全球首款搭载无钴电池的新能源汽车——欧拉樱桃猫发布。

这标志着首款无钴电池正式量产装车阶段。

这款无钴电池包的供应商就是近期风头正劲的蜂巢能源。

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蜂巢能源无钴电芯

电池的发展是个平衡艺术,在性能方面,需要平衡安全、能量密度和成本;供应方面,需要平衡原材料供应安全,可持续性和成本。

电池企业面临的共同问题是,如何在成本更低的情况下,做出性能更均衡,且符合车用标准的电池。

借着蜂巢能源无钴电池的量产装车,《电动汽车观察家》梳理下中国几家代表性企业,现阶段解决上述问题的方案:宁德时代采用的是CTP(cell to pack,无模组电池包)和钠离子电池;比亚迪方面,采用刀片电池(也是CTP方案)和磷酸铁锂技术;而蜂巢则采用的CTP和无钴电池技术。

对比这些技术路线,《电动汽车观察家》发现,比亚迪和宁德时代都采用了能量密度更低的正极材料,虽然解决了成本和供应安全,但是牺牲了产品的性能;蜂巢选择的方案,在兼顾成本和供应安全的同时,能够做到能量密度牺牲最小、甚至接近无损。

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樱桃猫首亮相,后续车型逐步亮相发布

要了解无钴电池到底如何,要看看樱桃猫的各项性能。

樱桃猫定位A+级SUV,搭载的无钴电池包的总电量为82.5kWh,系统能量密度170Wh/kg,常温工况续驶里程600+公里,续驶里程在中国同类产品中处于前列。

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长城欧拉樱桃猫——搭载无钴电池的首款车型

性能方面,樱桃猫5秒内可实现整车百公里加速;防水性能达到IP67;低温情况下,能量保持率高,加热速度快。

蜂巢能源董事长兼CEO杨红新介绍说,他们的无钴电池包可以实现每小时49℃的加热速率,也就是说从-20℃把电池加热到常温,只需要不到半个小时。

据蜂巢方面的介绍,无钴电池包经过了全面的性能和零部件安全测试。杨红新表示,蜂巢能源的无钴电池在国标和特别的安全测试方面,例如底部球击、踩踏、锤击、侧柱碰、电池包、内部冷却液泄漏、电化学腐蚀、碎石冲击等方面,全部达到了最高标准,远超国家标准的要求。

此外,无钴电池包顺利通过了150℃的热箱、140%SOC的过充等系列安全测试,还获得EC62660-3/GB T31486-2015/GB 38031-2020/UL2580等多项认证。

在低温性能方面,无钴电池也有明显提升。蜂巢能源第二代无钴电池的快充倍率提升到1.6c也就是从现在的45分钟充到80%,降到30分钟以内冲到80%,进一步拓宽无钴电池的应用场景。

基于此,蜂巢能源无钴电池覆盖范围,从A00级到B+级,续驶里程覆盖400—800公里以上车型。

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资料来源:蜂巢能源

不过需要说明的是,蜂巢第一代无钴电池包并未选择CTP技术,采用的是meb标准的模组。接下来,蜂巢能源还会采用大模组和CTP技术,进一步提高电池包的体积能量密度,并提高安全性。

明年还会看到其它无钴电池车型消息。据杨红新介绍,长城体系内,目前确定了两款搭载无钴电池的车型,一个是欧拉品牌,一个是沙龙品牌;“长城体系外,吉利商用车将有一款皮卡;还有两家新势力企业在沟通,有望定点。”

除了中国自主品牌,日本和德国也有几家车企在测评蜂巢的无钴电池。

目前,蜂巢能源已经规划了10GWh无钴电池产能;到2025年,无钴电池的产能将超过50GWh,并实现与三元电池共线生产。

了解了蜂巢能源无钴电池的基本情况后,来看下中国电池企业在平衡电池性能和供应安全时,做了怎样的选择。

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比亚迪的路线:CTP和磷酸铁锂

以比亚迪为代表的企业,开始大规模回归到磷酸铁锂路线。

作为最直接降低成本,且供应安全的技术路线,目前中国大批车企和电池企业跟随,搭载磷酸铁锂电池的车型迅速增长。

磷酸铁锂材料供应安全、成本不高、循环寿命长,但是能量密度低,比亚迪为了解决这一问题,采用CTP(无模组)刀片电池进行结构进行优化,电池包空间利用率达到60%以上,但是材料本质能量密度低的特点并未解决,这就划定了上限。

比亚迪刀片电池的代表作就是比亚迪汉。比亚迪已经发布了纯电动全系“佩刀”的计划,比亚迪的全部产品都会陆续搭载刀片电池。

根据2020年的合格证数据,比亚迪汉所用的刀片电池,单体能量密度在166Wh/kg左右,电池系统的能量密度能够做到140Wh/kg。

目前看,磷酸铁锂电池已经量产的电芯能量密度最高在200Wh/kg,仍然明显低于三元电池的能量密度。

由于电芯能量密度较低,成组后的电池包能量密度只会更低,长期发展来看优势并不明显。

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宁德时代路线:CTP和钠离子电池

为了提升能量密度,宁德时代也采用CTP技术,来提升电池包的能量密度并降低成本。

在材料层面,宁德时代改弦更张,绕开锂发布了钠离子电池。

钠的资源够丰富,原材料供应不存在问题;电池安全性高,能做到针刺、挤压、过充、过放等安全项目测试中做到不起火不爆炸;但是短板在产业链不完善,并且电芯本身能量密度不高。

锂本身并不稀缺。根据USGS数据,全球锂资源总量为8600万金属吨(折LCE约4.58亿吨),而未来随着勘探的深入,锂资源储量有望继续增加。但是,全球锂资源的分布并不均匀且高度集中,南美盐湖“锂三角”以及澳洲锂矿合计占全球锂资源储量的65%。

为了减少对锂的需求,宁德时代发布了钠离子电池。

根据宁德时代发布会上的数据,他们第一代钠离子电池的单体能量密度为160Wh/kg,第二代在200Wh/kg。

就目前的数据来看,钠离子电池单体能量密度低于磷酸铁锂电池。

宁德时代为了解决这个问题,采用钠离子和锂离子混搭的方式,来弥补电池包能量密度不足的短板。

目前推测,大概率采用的是三元锂离子电池和钠离子电池混搭的方式。

宁德时代采用钠离子,可以平衡成本、安全和供应安全等,但是钠离子电池能量密度,现阶段比磷酸铁锂还低。值得注意的是,混用时钠离子电池采用越多,电池包能量密度就越低。

现阶段比亚迪和宁德时代的方案,本质上是通过牺牲电池能量密度,即电池性能,来平衡成本和供应安全,而且短期内两种技术能量密度的天花板都比较低。

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蜂巢的CTP和无钴电池路线

蜂巢能源除了采用业内近期比较流行的CTP电池包方案外,在材料层面,蜂巢考虑从三元电池中去除钴元素。

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蜂巢能源的无钴电池包

这并非新思路。早在2018年,松下宣布正在开发无钴电动汽车电池。特斯拉CEO马斯克在社交媒介上表示,在特斯拉Model 3的电池中,含钴量已经降到不到3%。他们将继续改进技术,争取在下一代电池中完全抛弃钴,但是目前仍未看到有产品落地。

蜂巢能源却是全球首个落地无钴电池的企业。

目前,蜂巢能源量产的无钴电芯H能量密度在240Wh/kg,以及2023年SOP(Start Of Production,小批量生产阶段)的无钴H plus可以做到250Wh/kg,明显高于磷酸铁锂和钠离子电池。蜂巢能源的无钴电池基本可以在较小、甚至接近无损能量密度情况下通过去除钴,从而降低原材料成本。

樱桃猫搭载的无钴电池包能量密度,目前做到170Wh/kg,远高于磷酸铁锂电池140Wh/kg的水平。

根据杨红新介绍,蜂巢能源后续无钴电池将采用CTP或者大模组的形势,电池包能量密度有望超过180Wh/kg。

此外,在安全性方面要高于目前的高镍三元电池。可以通过150℃的热箱实验、140%SOC的过充实验,以及2mm的浅层针刺实验。

在原材料材料可持续性方面,钴的供应比锂更为紧张。全球已探明的钴矿储量大约700万吨。要知道,镍、锰、铝等矿产都是数十亿乃至百亿吨级别的储量,两相对比,可以看出钴属于非常稀缺的金属。按照2019年全球14万吨的开采量计算,钴还可以开采约50年。

中国的钴储量更少。中国已探明的钴储量仅为8万吨,占全球总储量的1.14%。这就意味如果没有无钴方案,中国就只能依赖进口。

钴的另一问题,在于产地非常集中,主要在刚果、澳大利亚和古巴,且集中在嘉能可、洛阳钼业、欧亚资源等几大矿业集团手中,导致下游议价能力较弱,在价格上涨期,价格很可能远超电池企业的承受能力。

当然,蜂巢能源不是唯一一个深耕无钴电池的企业,韩国、美国的材料科学家都在研究无钴正极材料,许多研究人员认为钴的问题基本得到解决。

宁德时代对无钴电池的规划,则是放在2024年左右。

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资料来源:宁德时代ppt

总结上述路线可以发现,比亚迪和宁德时代都采用了能量密度更低的正极材料,虽然解决了成本和供应安全,但是牺牲了产品的性能;蜂巢选择的方案,在兼顾成本和供应安全的同时,能够做到能量密度牺牲较小,最大程度保留了三元电池能量密度的优势。

蜂巢能源迈出的这一步似乎更有优势。

当然,需要明确的是,无钴电池作为一个全新的解决方案,其可靠性还需要时间来验证。

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