1無鈷是否可行？

隨著新能源汽車的快速發展，整個行業對鋰Li、鎳Ni、鈷Co金屬的需求會進一步新增，但是有關金屬Co來說，全球礦藏儲量非常有限，且集中分布于常年局勢不穩的非洲國家剛果，學術界及產業界一直試圖弄清楚Co在三元材料中的最低含量界限在哪里，盡量降低新能源汽車行業對金屬Co的依賴。

三元體系中，不同的元素在對材料的理化性能意義也不同。三元材料鼻祖J.R.Dahn認為目前還沒有確鑿的證據清楚地表明鎳含量高（例如，當1-x-y>0.9）的NCA中要鈷。Al、Mn或Mg等元素有關結構穩定性和熱安全性等同樣具有改善用途。但是我們認為，鈷元素可以起穩定材料結構的用途，Co含量新增能有效減少陽離子混排，降低材料阻抗值，尤其有關提高材料電子電導率，改善倍率性能、降低電芯內阻等有其不可替代的用途。

"無鈷化"的方法包括：用其他有類似用途的元素替代鈷；多個材料體系耦合；使用陰離子氧化還原對；精細調控高鎳材料等。

"無鈷"是一個重要的研究目標，但也要注意性能指標。鈷元素在三元材料中短時間內無法完全消除替代。除此之外，新能源尤其動力鋰電池行業發展過程中對其他無鈷材料也保持持續的關注和應用。如我國科學院院士歐陽明高所說，動力鋰電池有三個發展趨勢，第一是在材料和體系方面創新，從有機液態電解質，到無機的固態電解質；第二是借助智能制造、回收和人工智能，發展智慧電池；第三，是在設計和產品工程方面創新。不管是哪一趨勢最終都對無鈷材料有著深遠影響：

電解液抗氧化能力的提高、或高電壓固態電解質的應用，為尖晶石鎳錳高電壓二元材料的應用供應幫助，該材料在成本、倍率性能、循環性能等方面具有明顯的優勢，未來隨著電解液等主材的發展，有可能會擴大其市場應用范圍；在低鈷的基礎上通過材料回收等手段，建立完整的生產-回收產業鏈體系，可進一步降低鈷元素在三元正極材料中的使用成本，緩解鈷資源壓力；近期大熱的無模組電池包和刀片電池是設計創新的典型代表，運用此技術預計大幅改善磷酸鐵鋰電池能量密度低、續航里程短的不足。

從上述分析可知，無論是學術研究上，還是產業化量產上，目前三元材料體系絕對"無鈷"方法并不成熟。綜合考慮性能和成本，通過精細調控高鎳材料組分、煅燒溫度、燒結氣氛，做到相對"無鈷"的高鎳低鈷材料才是可行的。

2高鎳低鈷趨勢顯著

低鈷高鎳正極材料（鎳含量≥90%，鈷含量≤5%），不應該看作是目前市場應用主流NCM811/NCA電池為新增能量密度而對其他性能（如循環性、安全性等）做出妥協的一種選擇。事實上，不管從開發還是市場應用角度考慮，都應該看作是在保持或改善現有主流NCM811/NCA高鎳材料性能優勢的同時，進一步降低成本，新增能量密度，追求極致材料，推動新能源技術的發展和普及的有力工具。

理論上來說，三元材料隨著鎳含量的提升，比容量也會隨之升高，為保證汽車長續航里程能力供應基礎。但也會造成諸如循環性變差，熱分解溫度變低，和電解液間副反應加劇等問題。三元材料中鈷元素的存在，有利于增強晶體材料結構穩定性，改善功率性能，抑制陽離子混排，提高熱安全性等性能。人類社會發展到今天的文明，任何一點進步都不是一帆風順的。近年來，不管是學術界還是工業界，做了大量有關改善高鎳低鈷材料的工作，包括在體相摻雜、表面處理、制備環境管控、生產全流程自動化等一系列技術上取得了長足的進步。

容百科技的研究生產數據表明，LiNi0.90Co0.05Mn0.05O2材料通過工藝的改進，在性能上完全具有媲美甚至超過市場主流的LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2材料，同時克比容量提5%以上，其帶來能量密度的升高也是顯而易見的。另外原材料成本可以降低10%左右。隨著電解液、負極等其他主材配套材料的革新發展，電芯生產技術的不斷進步，消費者對低成本長續航里程電動汽車的訴求的不斷增強，高鎳低鈷材料的應用勢必會加速擴大占據一定份額，甚至逐漸出現對8系NCM/NCA的替代現象。

3理性看待電動汽車安全性

電動汽車安全性一直是社會關注的重點問題，也是新能源汽車發展和普及過程中不能忽視的關鍵性能指標。

從概率的觀點來看，鋰電池的自失效是存在的，但程度很低。公開報道表明，有關電動汽車，可通過P=1-(1-P)m-n計算車輛水平的自感故障率，其中P是考慮m輛電動汽車的故障率，每個電動汽車的電池組中包含n個電池。以TSLAS型為例，n=7104。假設1650個電池的自失效率p為0.1ppm，在制造過程中不存在缺陷率，那么當EV的數量等于m=10000時，失效率p=0.9992，表明失效率約為1/10000。和傳統車輛（美國每10000輛車發生7.6起火災事故）相比，電動汽車事故的概率似乎要低得多。

4TSLA的低鈷路線及其邏輯

TSLA最新一代高鎳電池鈷含量會進一步降至3%以下，客觀上已經相對"無鈷"。高鎳低鈷的NCA材料在TSLA上的成功應用以及大規模出貨已經在一定程度上驗證了高鎳低鈷材料巨大的市場潛力和前景趨勢。

TSLA"去鈷"核心在于變被動為主動，極限降鈷就是以后不受制于鈷，不斷"去鈷"也能進一步降低對鈷價變化的敏感性，有利于預期管理，控制成本。TSLA目前產量規劃宏闊，不希望有任何環節阻礙其產量擴張，鈷對電動汽車遠期產量的限制和馬斯克理念沖突，因此他要降鈷。降鈷后，TSLA不再受制于鈷價大幅波動對整體成本造成太大影響，可以對單車成本做預期管理，降低對鈷價巨幅波動的敏感性，"去鈷"核心在于變被動為主動。

編輯：楚晴

《特約來稿》欄目介紹：

2019年末至今，動力鋰電池的話題一直很熱：

1、年初，一則"TSLA正在和CATL磋商采用無鈷電池"的消息橫空出世。此消息隨即造成鈷材料市場大跌，同時引發了又一輪電池"無鈷"技術的討論。

2、三月四日，通用在"EVweek"活動推出一款新的電池產品Ultium，其電芯將會采用LG化學最新研發的NCMA四元鋰電池。該電池的四元正極材料具備高能量密度、高穩定性、低成本優勢。鈷元素含量下降至5%，電池量產成本為100美元。

3、三月五日，江淮汽車提出"蜂窩電池"技術，并聲稱該技術和之前那些降成本的CTP電池包技術不同，首要解決安全問題。預計可將因電池失效導致的車輛起火概率降低一個數量級。

4、三星高等研究院和三星日本研究中心在《自然-能源》雜志上，發表《通過銀碳負極實現高能量密度長續航固態鋰電池》論文，介紹了三星有關困擾全固態電池量產的鋰枝晶和充放電效率問題的解決方法。該方法將幫助電池實現900Wh/L的能量密度，1000次以上的充放電循環以及99.8%的庫倫效率（即充放電效率）。

5、三月二十九日下午，比亞迪正式推出全新的磷酸鐵鋰電池"刀片電池"。據介紹，該電池實現體積比能量密度提升50%，成本下降30%，整車壽命可達百萬公里以上。

2020年是我國新能源汽車市場化轉型的關鍵時期，動力鋰電池作為新能源汽車成本最高的核心零部件，其每一次技術革新都將引起整車性能、性價比的巨大突破，引起資本市場、用戶市場的快速響應?；诙喾N電池技術路線的創新研發，有關解決電動汽車市場化面對的里程焦慮、充電焦慮、成本焦慮等問題，有至關重要的用途。

為促進行業技術交流、推動電池技術創新提速，百人會特別策劃本期"特約來稿"，面向高校及行業專家定向約稿，并將各方意見整理陸續發表。