锂电池加工

‘低钴’和‘无钴’是未来电池正极资料的展开趋势。”谈及电池工业的未来展开，清华大学车辆与运载学院助理教授、电池安全实验室主任冯旭宁指出。对此，我国科学院物理研讨所博士生导师、天目湖先进储能技能研讨院首席科学家吴凡也表达了相同的观念：“对锂离子电池正极资料而言，‘高镍低钴’或‘无钴’化是大势所趋。”

在过去20年里，半导体职业展开一路突飞猛进，如CPU工艺技能一直遵从摩尔定律，功能每隔两年就能翻一倍。

然而，电池技能却没有获得太大突破，纵然每年都会有各种“XX新式电池”的新闻冲上热搜，但终究仍是沦为“PPT电池”：或是因为技能工艺，或是因为本钱造价，或是因为安全性等各种要素，始终走不出实验室，难以大规划量产和普及。

就现阶段而言，不论新能源职业怎么“大放豪言”，电池一直都是挡在电动轿车展开路途上的绊脚石。

高举“无钴”大旗，马斯克进军电池界

跟着2020年特斯拉“电池日”上4680电池的正式露脸，电池界又多了一位“新玩家”，更切当地说应该是“搅局者”。依照马斯克以往的“风格”，他每进入到一个职业必定会掀起一场腥风血雨。

电池占有整车本钱的大头，那接下来特斯拉造电池的本钱如何控制呢？这就不得不说到电池中的重要成分——钴。这种原子序数为27，在化学元素周期表中坐落第4周期、第Ⅷ族的金属，是锂电池加工企业生产的电池制作中必不可少的正极原资料（至少现阶段仍然不可或缺）。

图|钴在元素周期表中的方位（来源：网络）

“电池职业对钴的消费量最大，占比超50%。钴是活性物质，既能稳定资料的层状结构，又能减小阳离子混排，便于资料深度放电，从而进步资料的放电容量、循环性和倍率功能；镍能够进步资料活性，进步能量密度。”吴凡表明。

在自然界矿石中，钴和镍是共生的关系，其占比为1:10，即从矿石里边提纯一份的钴，一起能得到十份的镍。“但钴这种元素存在两个缺陷。榜首，钴具有必定的毒性；第二，钴的提纯比较困难。”冯旭宁说道。

别的，钴资源的缺少也是不利要素。“现在全球已探明陆地钴资源量约2500万吨，储量720万吨，首要集中在刚果（金）、澳大利亚和古巴，三国储量之和占全球总储量的68%。刚果（金）储量居世界首位，达340万吨。”吴凡指出，“钴因为其稀缺性已成为战略性稀有金属资源，一起其供给链结构集中化、不稳定，已成为新能源轿车展开的掣肘。”

产值少+提纯难造成了钴的价格不断攀升，也就造成了电池的本钱居高不下。

那电池能不能“无钴”呢？答案是能够的。

“低钴”甚至“无钴”既是特斯拉接下来要走的道路，也是需求克服的难题，这一点马斯克在2020年“电池日”上也已经清晰表态。据了解，早在2019年1月，JeffDahn（现为特斯拉首席科学家）曾发表过一篇论文指出锂电池正极资料“无钴高镍”的可行性，究竟镍在自然界比钴多得多，提纯也相对简略一些。无疑，正是JeffDahn的观念极大地坚决了马斯克要造“无钴电池”的决心。

谈及JeffDahn，冯旭宁告知DeepTech：“关于锂电池资料尤其是无钴资料，Dahn先生课题组很早就展开研讨了。JeffDahn先生是少数经历过锂电技能全程研发且仍在技能一线的科学家之一。”

关于电池“无钴”化，冯旭宁表明：“‘低钴’和‘无钴’是未来电池正极资料的展开趋势。但在电池‘无钴’化的一起需求增加其他的离子来代替钴在电池充放电过程中的作用。”

尽管特斯拉现阶段的电池还离不开钴，但纵观过往其历代电池，其钴含量正在不断下降，终究完成电池“无钴”化指日可待。

被逼无法，特斯拉走向自研自产电池之路

作为新能源轿车范畴的“大哥”，特斯拉知晓固态电池和石墨烯电池的优势，但未来几年特斯拉之所以不打算做固态和石墨烯，而是持续“深耕”锂离子电池，原因首要归结为两点。

榜首，受制于供货商的电池技能。

在电池供给方面，特斯拉和松下、LG化学、宁德年代都有协作，特斯拉轿车所运用的1865电池和2170电池皆由他们供给，但受制于功能、安全、规划、价格等归纳要素的权衡，圆柱形锂离子电池是现在供货商能给特斯拉的最好电池。

明显，这离特斯拉心目中的“抱负电池”还有一些距离。既然自己想要的电池供货商给不了，所以特斯拉便走向了“自研+自产”电池的路途。

所谓“术业有专攻”，特斯拉在电池范畴的堆集明显不如松劣等老牌供货商，故此其花重金请来锂离子电池界的祖师级人物——JeffDahn亲身挂帅担任特斯拉首席科学家，开发“不可能三角”电池，这是一种能量密度更高、充电速度更快、制作本钱更低的锂离子电池。

JeffDahn也不辱使命，时隔一年便交上一份让马斯克满意的答卷，尽管4680电池还存在些许不足，但它的归纳功能很好地提振了职业决心。

从第三方收购、到合资建厂、再到自研自产，特斯拉在电池路途上俨然走出了自己的脚步。能够预见，未来几年内特斯拉将持续沿着现有成熟道路运用圆柱形电池的多并联方案、持续开发大容量锂离子电池。

第二，特斯拉的商业战略。

特斯拉归根到底是一家车企，是企业就要盈余，想盈余就要控制本钱。固态电池尽管无比优胜，但现阶段不论是技能仍是工艺都存在瓶颈，彻底不具有规划化量产的可能，而且本钱居高临下，没有商业化的实用价值。在特斯拉看来，运用成熟的锂离子电池是当下更优的解决方案。

特斯拉之所以如此重视电池，是因为除了影响整车的功能体现之外，电池在整车本钱占比高达40%，只要电池本钱降下来，整车本钱才干降下来。这也正是为什么2020年“电池日”上马斯克宣称要在三年内推出一款2.5万美元（约合16万人民币）的电动轿车，其底气正是来自4680电池的本钱已下降56%。

特斯拉的商业战略是“贱价抢商场”，以加速全球商场拓展。跟着苹果等互联网大厂也宣告要造车，现阶段特斯拉要做的是尽快抢占商场，靠的就是贱价。对广大消费者而言，价格仍然仍是很多要素中最优先考虑的，比方之前特斯拉宣告降价时，官网一度瘫痪、线下门店挤得水泄不通。

和国内一些新能源车企不惜代价大搞“千公里续航”不同，特斯拉更看重电池的本钱。前有电池技能瓶颈的掣肘，后有来自互联网大厂的围攻，该公司现在最想做的是尽快下降电动轿车价格，以更低的价格占领商场，让商场快速到达饱满。

业界人士：4680电池并没有到达预期

关于特斯拉4680电池，吴凡表达了自己的看法：“特斯拉首要经过优化电池结构件、简化电池生产工艺流程等，提升电池标准化生产能力，到达下降电池本钱的意图。这种经过增加单块电池体积来增加电池包能量密度的技能道路或思路在本质上与比亚迪的刀片电池、还有宁德年代的CTP技能是共同的。”

电池并联太多会导致出现发热、功率低等不良影响，大容量电池能够有用减少并联数，系统管理层面也变得愈加简略。“大容量化是整个新能源轿车电池职业的趋势。”冯旭宁表明。

单看特斯拉的PPT介绍，4680电池的功能体现着实令人赞叹，仿佛再次让业界看到了希望。然而在业界人士看来，这种电池并没有到达预期。

“特斯拉在电动轿车范畴归于标杆型企业，它关于电池的了解也会愈加深入，因为重视度过高的原因，大众对它能够说是‘寄予厚望’，业界人士觉得4680电池并没有到达预期。”冯旭宁说。“不可否认的是，特斯拉4680电池的归纳功能仍然位列国际榜首梯队，但前面要加一个定语——在圆柱形锂离子电池范畴里。”他随后弥补道。

严格含义来讲，特斯拉4680电池更像是一次“优化晋级”，而非“革新”。

别的，特斯拉的这种圆柱形锂电池容量也有“天花板”。“首要是因为圆柱形锂电池需求卷芯，外围部分功能较好，但越接近中心方位曲率越大，易出现应力集中的现象，造成活性物质不可用，进而形成糟蹋。所以这种电池容量是有上限的，没办法做得特别大。”冯旭宁表明。未来，转向其他电池，比方业界普遍看好的固态电池或许是更好的出路。

现在的固态电池和石墨烯电池其实正处于过渡阶段，即固态电解质和石墨烯还只是归于“增加剂”性质。“比方在锂离子电池中增加固体电解质以增加能量密度、提升安全性；在负极增加石墨烯以增强导电性、进步充电速度。两者增加得越多，功能就越好，但相应的工艺难度和制作本钱也就越高。”冯旭宁说道。

明显，不论是固态电池仍是石墨烯电池，现阶段都不具有量产的可能性。

特斯拉的铁人三项：做电池、搞快充、建电桩

电池直接关系到轿车整体功能体现，而日常驾驭让车主感到焦虑的，除了续航里程，再就是充电速度。

“续航里程对应的是电池的能量密度，充电速度对应的是电池的功率密度。”冯旭宁说，“想进步能量密度能够电极做得厚一些，想进步功率密度能够电极做得薄一些，但这两者是对立的，这就需求电池厂商在设计电池的过程中去归纳考量，进行权衡和取舍。”他弥补道。

“快充技能，电池厂商和车企各担任一半。”冯旭宁表明。电池厂商能做的是“电池先天的”导电能力强，比方增加导电剂，控制电芯预紧力，将电极做成梯度电极或薄电极等；车企能做的是“电池后天的”充电过程中对电流进行控制，让电池充电过程中不过热，不损坏电极资料。“现在，职业的目标是充电5分钟能跑200公里。”他说。

特斯拉的快充技能业界领先，其选用“高功率直流电”形式，充电功率达40kW以上，比方特斯拉超级充电站能够完成30分钟充一半，80分钟彻底充溢。在充电站/桩建造方面，特斯拉更是走在世界前列。据统计，特斯拉在全球规模具有超越2万个超级充电桩。在我国大陆具有750余个超级充电站、6000余个超级充电桩，覆盖300个以上的城市。

关于电动轿车筛选下来的废旧电池污染问题。冯旭宁表明，“废旧电池是污染源首要指的是重金属污染，比方铅酸电池里的铅，镍镉电池里的镉，而锂离子电池内部的原料毒性较低（锂离子电池中钴的占比大约为1-3%，），一般不会对土壤造成重金属残留。”

马斯克在2020年“电池日”上也曾公开表明：“废旧电池能够进行收回运用，用于低配车型或许太阳能等有储能需求的范畴，这样也能进一步下降电池的运用本钱。”

对此，冯旭宁说：“电池回收一般分两类，一类是在高负荷下用完之后，到低负荷下持续运用，比方一些5G通讯基站能够运用电动轿车筛选下来的旧电池；另一类就是直接作废，经过物理法破碎成原资料，分离出电池中的有用金属，比方铜、铝、钴、镍等，再重新送回电池厂加工成电池，这方面回收功率非常高，接近100%。”

与此一起，吴凡也指出了现阶段电池回收工业存在的一些问题：“榜首，电池厂商多且运用很涣散，废电池收集缺少有用渠道；第二，电池剩下寿数以及回收价格评估难；第三，电池拆解难度大，且存在必定安全隐患；第四，电池回收涉及职业很多，商业形式需求进一步探究和完善。”

从硬件研发到软件布局，特斯拉鄙人一盘大棋

以往，人们关于传统燃油轿车的认知只是停留在“硬件”层面，以为轿车只是一个代步工具罢了。到了如今的新能源轿车年代，人们发现本来轿车也是能够搭载操作系统，能够完成智能化的。

在电动轿车的硬件中，锂电池加工企业生产的电池无疑是最为中心的部分；而在软件中，全自动驾驭是中心，比方特斯拉的FSD（FullSelf-Driving）在业界就像标杆一般的存在，且收费不菲。据了解，现在特斯拉FSD套件在我国的价格高达6.4万元。“特斯拉的事务布局将会变得和苹果越来越像，未来，特斯拉可能会变成一个服务商，不单靠卖轿车硬件，更多的是经过软件服务完成盈余。”一位业界资深人士告知DeepTech。

从电动轿车硬件到车载系统软件，从电池技能、整车组装，到FSD以及软件生态，不难看出，特斯拉正鄙人一盘大棋。

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