電動汽車的電池就是這樣變得越來越便宜好用的
時間:2021-03-29 08:35來源:蓋世汽車快訊 作者:童郜生
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自發(fā)明約30年后，鋰離子電池成為了當今最主要的儲能系統(tǒng)。如今，市面上幾乎每款新電動汽車都在使用自1990年發(fā)明以來性能一直在穩(wěn)步提高的動力電池。然而，該技術的潛力仍未窮盡，最近有幾家制造商已經(jīng)證明了這一點。
最明顯的是鋰離子電池在成本方面的飛速發(fā)展。大約十年前，一千瓦時的存儲能力的成本約為一千歐元。今天只有一百歐元左右。斯坦利·惠廷漢姆（Stanley Whittingham）預測，未來可能會下降到五十歐元。他與另外兩名研究人員一起在2019年因鋰離子技術而獲得了諾貝爾獎。
同時，能量密度將增加一倍，這將使續(xù)航里程大幅提升，或顯著減少電池所需空間。 屆時，600至700公里的續(xù)航里程也可能成為量產(chǎn)車的標準配置。
電池優(yōu)化中最重要的因素之一是電池的設計。目前，電池中只有相對較小的一部分由活性材料組成，即直接負責儲存能量的元件。一塊完整的電動汽車電池絕大多數(shù)都是非活性材料，不僅包括電解液，還包括電池化學成分的封裝和簡單的電觸點和電源線。
造成如此失衡的原因是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計。目前大多數(shù)電池由單個的電芯組成--通常是枕頭形狀的塑料軟包、小棱柱或者圓柱--組合在一個外殼中形成較大的模塊，然后才組裝成完整的電池。相應地需要大量的包裝和組裝材料，這極大地增加了成品的體積，從而增加了成本和生產(chǎn)的復雜性。
換個角度看電池
如果能夠設法減小非活性材料的體積，則可以在其位置安裝活性元件，從而在不增加體積的情況下增加容量。這一過程有一種幾乎被推向鋰離子電池物理和化學極限的趨勢。要想達到這一點幾乎不太可能。
中國電池制造商寧德時代最近通過打破傳統(tǒng)的電池模塊化結(jié)構(gòu)并將電池電芯直接集成到電池包里，起到了巨大的優(yōu)化作用。該方法將使重量能量密度提高10％到15％。成本會減少20%。具有相同容量的電池大約要小五分之一。
令人印象深刻的是特斯拉在Model 3的某些版本中已采用寧德時代的電池，他們的新電池現(xiàn)在也正在逐漸取代松下和LG 化學的電池。大眾最近也公開承諾要采用CTP的策略。相應的電池將2025年前后首次應用在Artemis車型上，并隨后用于所有系列。
從長遠來看，電池結(jié)構(gòu)設計會變得更加靈活：這種變化趨勢是“CTC技術”，電池無需電池包即可直接集成到底盤上。這樣，整個汽車就變成移動電池。 寧德時代希望在2030年達到目標。特斯拉似乎也在努力。
然而，利用當今常見的電化學原理，CTC技術仍面臨很大挑戰(zhàn)。即使有很小的碰撞，著火的風險也將很高。非活性材料安裝空間的優(yōu)化也為活性材料開辟了新的潛力。
比亞迪正在研發(fā)磷酸鐵鋰電池，豐田正在研發(fā)固態(tài)電池
例如，磷酸鐵鋰(LFP)技術由于對空間的要求比較大，似乎已經(jīng)被邊緣化，但最近又重新受到關注。然而，由于現(xiàn)在的包裝、觸點和引線所需的空間變小，化學成分可以占用更多空間。與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，運行可靠性更高，所以在這種情況下，空間上的劣勢是可以接受的。即使是嚴重的機械損傷也不再導致電池自燃。
此外，磷酸鐵鋰電池可以在很大程度上不使用稀有原材料鎳，因為其昂貴，稀有并可能對環(huán)境有害。除了寧德時代之外，中國電池和汽車制造商比亞迪也是磷酸鐵鋰電池的領先制造商之一。比亞迪最近將其所謂的刀片電池技術應用到了漢系列上。
固態(tài)電池在安全性方面有希望做得更好。由于比亞迪的刀片式電池在受到機械損壞時不像傳統(tǒng)的鋰離子電池那樣容易發(fā)熱，但仍注有有機易燃的電解液。在固態(tài)電池中，作為離子傳輸介質(zhì)所需的的成分不再是液體，而是固體。因此，它不會泄漏或蒸發(fā)，并且著火的可能性也較小。
這項技術可能會在十年內(nèi)問世。例如，豐田汽車集團正在推廣使用固態(tài)電池的汽車，到目前為止，豐田汽車集團對動力電車一直持保留態(tài)度。一個安全的替代方案加上久負盛名的開發(fā)領導者，可以改變這種現(xiàn)狀。
此外，未來還會減少其它電池原材料的使用，其中最突出的材料可能會是鈷。同樣的，出于成本、供應瓶頸，以及環(huán)保等原因，銅，石墨甚至鋰都會成為被淘汰的對象。但是，就鋰而言，要真正找到替代品還需要相當一段時間。
畢竟，在各地報道的各式各樣的新型電池并不是所有的都適合在汽車上使用。即使能實現(xiàn)，極其漫長的開發(fā)和測試周期也意味著從創(chuàng)新到落地可能需要數(shù)年甚至數(shù)十年。鋰離子電池本身就是最好的例子。
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