電動(dòng)汽車的電池就是這樣變得越來(lái)越便宜好用的

時(shí)間:2021-03-29 08:35來(lái)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(dāng)今最主要的儲(chǔ)能系統(tǒng)。如今，市面上幾乎每款新電動(dòng)汽車都在使用自1990年發(fā)明以來(lái)性能一直在穩(wěn)步提高的動(dòng)力電池。然而，該技術(shù)的潛力仍未窮盡，最近有幾家制造商已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。
 
       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(shí)的存儲(chǔ)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(yù)測(cè)，未來(lái)可能會(huì)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(shù)而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。
 
       同時(shí)，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(shí)，600至700公里的續(xù)航里程也可能成為量產(chǎn)車的標(biāo)準(zhǔn)配置。
 
       電池優(yōu)化中最重要的因素之一是電池的設(shè)計(jì)。目前，電池中只有相對(duì)較小的一部分由活性材料組成，即直接負(fù)責(zé)儲(chǔ)存能量的元件。一塊完整的電動(dòng)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(xué)成分的封裝和簡(jiǎn)單的電觸點(diǎn)和電源線。
 
       造成如此失衡的原因是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。目前大多數(shù)電池由單個(gè)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(gè)外殼中形成較大的模塊，然后才組裝成完整的電池。相應(yīng)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(fù)雜性。
 
       換個(gè)角度看電池
 
       如果能夠設(shè)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(guò)程有一種幾乎被推向鋰離子電池物理和化學(xué)極限的趨勢(shì)。要想達(dá)到這一點(diǎn)幾乎不太可能。
 
       中國(guó)電池制造商寧德時(shí)代最近通過(guò)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(huì)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(shí)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(xué)的電池。大眾最近也公開承諾要采用CTP的策略。相應(yīng)的電池將2025年前后首次應(yīng)用在Artemis車型上，并隨后用于所有系列。
 
       從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)變得更加靈活：這種變化趨勢(shì)是“CTC技術(shù)”，電池?zé)o需電池包即可直接集成到底盤上。這樣，整個(gè)汽車就變成移動(dòng)電池。 寧德時(shí)代希望在2030年達(dá)到目標(biāo)。特斯拉似乎也在努力。
 
       然而，利用當(dāng)今常見(jiàn)的電化學(xué)原理，CTC技術(shù)仍面臨很大挑戰(zhàn)。即使有很小的碰撞，著火的風(fēng)險(xiǎn)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(shù)由于對(duì)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(guān)注。然而，由于現(xiàn)在的包裝、觸點(diǎn)和引線所需的空間變小，化學(xué)成分可以占用更多空間。與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，運(yùn)行可靠性更高，所以在這種情況下，空間上的劣勢(shì)是可以接受的。即使是嚴(yán)重的機(jī)械損傷也不再導(dǎo)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?yàn)槠浒嘿F，稀有并可能對(duì)環(huán)境有害。除了寧德時(shí)代之外，中國(guó)電池和汽車制造商比亞迪也是磷酸鐵鋰電池的領(lǐng)先制造商之一。比亞迪最近將其所謂的刀片電池技術(shù)應(yīng)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(jī)械損壞時(shí)不像傳統(tǒng)的鋰離子電池那樣容易發(fā)熱，但仍注有有機(jī)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(huì)泄漏或蒸發(fā)，并且著火的可能性也較小。
 
       這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)在十年內(nèi)問(wèn)世。例如，豐田汽車集團(tuán)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(tuán)對(duì)動(dòng)力電車一直持保留態(tài)度。一個(gè)安全的替代方案加上久負(fù)盛名的開發(fā)領(lǐng)導(dǎo)者，可以改變這種現(xiàn)狀。
 
       此外，未來(lái)還會(huì)減少其它電池原材料的使用，其中最突出的材料可能會(huì)是鈷。同樣的，出于成本、供應(yīng)瓶頸，以及環(huán)保等原因，銅，石墨甚至鋰都會(huì)成為被淘汰的對(duì)象。但是，就鋰而言，要真正找到替代品還需要相當(dāng)一段時(shí)間。
 
       畢竟，在各地報(bào)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(shí)現(xiàn)，極其漫長(zhǎng)的開發(fā)和測(cè)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。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 電池 電動(dòng)汽車
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