电动汽车的电池就是这样变得越来越便宜好用的

电科技辛雯03-30 17:53

自发明约30年后,锂离子电池成为了当今最主要的储能系统。如今,市面上几乎每款新电动汽车都在使用自1990年发明以来性能一直在稳步提高的动力电池。然而,该技术的潜力仍未穷尽,最近有几家制造商已经证明了这一点。

最明显的是锂离子电池在成本方面的飞速发展。大约十年前,一千瓦时的存储能力的成本约为一千欧元。今天只有一百欧元左右。斯坦利·惠廷汉姆(Stanley Whittingham)预测,未来可能会下降到五十欧元。他与另外两名研究人员一起在2019年因锂离子技术而获得了诺贝尔奖。

同时,能量密度将增加一倍,这将使续航里程大幅提升,或显著减少电池所需空间。 届时,600至700公里的续航里程也可能成为量产车的标准配置。

电池优化中最重要的因素之一是电池的设计。目前,电池中只有相对较小的一部分由活性材料组成,即直接负责储存能量的元件。一块完整的电动汽车电池绝大多数都是非活性材料,不仅包括电解液,还包括电池化学成分的封装和简单的电触点和电源线。

造成如此失衡的原因是传统的结构设计。目前大多数电池由单个的电芯组成--通常是枕头形状的塑料软包、小棱柱或者圆柱--组合在一个外壳中形成较大的模块,然后才组装成完整的电池。相应地需要大量的包装和组装材料,这极大地增加了成品的体积,从而增加了成本和生产的复杂性。

换个角度看电池

如果能够设法减小非活性材料的体积,则可以在其位置安装活性元件,从而在不增加体积的情况下增加容量。这一过程有一种几乎被推向锂离子电池物理和化学极限的趋势。要想达到这一点几乎不太可能。

中国电池制造商宁德时代最近通过打破传统的电池模块化结构并将电池电芯直接集成到电池包里,起到了巨大的优化作用。该方法将使重量能量密度提高10%到15%。成本会减少20%。具有相同容量的电池大约要小五分之一。

令人印象深刻的是特斯拉在Model 3的某些版本中已采用宁德时代的电池,他们的新电池现在也正在逐渐取代松下和LG 化学的电池。大众最近也公开承诺要采用CTP的策略。相应的电池将2025年前后首次应用在Artemis车型上,并随后用于所有系列。

从长远来看,电池结构设计会变得更加灵活:这种变化趋势是“CTC技术”,电池无需电池包即可直接集成到底盘上。这样,整个汽车就变成移动电池。 宁德时代希望在2030年达到目标。特斯拉似乎也在努力。

然而,利用当今常见的电化学原理,CTC技术仍面临很大挑战。即使有很小的碰撞,着火的风险也将很高。非活性材料安装空间的优化也为活性材料开辟了新的潜力。

比亚迪正在研发磷酸铁锂电池,丰田正在研发固态电池

例如,磷酸铁锂(LFP)技术由于对空间的要求比较大,似乎已经被边缘化,但最近又重新受到关注。然而,由于现在的包装、触点和引线所需的空间变小,化学成分可以占用更多空间。与传统的锂离子电池相比,运行可靠性更高,所以在这种情况下,空间上的劣势是可以接受的。即使是严重的机械损伤也不再导致电池自燃。

此外,磷酸铁锂电池可以在很大程度上不使用稀有原材料镍,因为其昂贵,稀有并可能对环境有害。除了宁德时代之外,中国电池和汽车制造商比亚迪也是磷酸铁锂电池的领先制造商之一。比亚迪最近将其所谓的刀片电池技术应用到了汉系列上。

固态电池在安全性方面有希望做得更好。由于比亚迪的刀片式电池在受到机械损坏时不像传统的锂离子电池那样容易发热,但仍注有有机易燃的电解液。在固态电池中,作为离子传输介质所需的的成分不再是液体,而是固体。因此,它不会泄漏或蒸发,并且着火的可能性也较小。

这项技术可能会在十年内问世。例如,丰田汽车集团正在推广使用固态电池的汽车,到目前为止,丰田汽车集团对动力电车一直持保留态度。一个安全的替代方案加上久负盛名的开发领导者,可以改变这种现状。

此外,未来还会减少其它电池原材料的使用,其中最突出的材料可能会是钴。同样的,出于成本、供应瓶颈,以及环保等原因,铜,石墨甚至锂都会成为被淘汰的对象。但是,就锂而言,要真正找到替代品还需要相当一段时间。

毕竟,在各地报道的各式各样的新型电池并不是所有的都适合在汽车上使用。即使能实现,极其漫长的开发和测试周期也意味着从创新到落地可能需要数年甚至数十年。锂离子电池本身就是最好的例子。

电科技专注于TMT领域报道,青云计划、百+计划获得者。荣获2013搜狐最佳行业自媒体人称号、2015中国新媒体创业大赛总决赛季军、2018百度动态年度实力红人等诸多大奖。

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