2020年08月18日 | 下一代汽车动力电池技术哪家强？

2020-08-18

电池作为电动汽车的关键部件，是许多汽车企业和电池化工企业重点研发的对象。提高续航里程和延长电池寿命是电池技术突破中的重点。

最近，丰田研发出一种氟离子电池，可将续航里程提高到1000公里；而美国初创企业Coreshell则制造了一种涂层，可延长锂离子电池的使用寿命；中国企业宁德时代也宣布，正在开发不含稀有金属钴和镍的新一代电池。

1 续航1000公里的氟离子电池

丰田公司目前正在与京都大学的科学家们合作研制一种新的氟离子电池，这种电池单位重量的能量大约是传统锂离子电池的7倍，且能使电动汽车一次充电行驶1000公里。

据《日本经济新闻》报道，该团队已经开发出相应的可充电电池的原型，该电池采用固体电解质，阳极由氟、铜和钴制成，阴极主要由镧组成。

据称，由于重量能量密度高出锂离子电池7倍，在相同的安装空间下，可显著提高汽车电池的能量含量。目前还不清楚在京都测试的原型电池距离批量生产还有多远。一般来说，至少就目前已知的锂离子电池而言，原型值并不总是能从实验室规模转移到大规模生产。

然而，氟离子电池完全不需要锂。这种电池也被称为FIB (flouride ion battery)，它通过传导氟离子的电解质将氟离子从一个电极传输到另一个电极来发电。其优点是每个金属原子可以转移几个电子，这就解释了高能量密度。

这家日本公司并不是唯一一家从事氟离子电池研究的公司。卡尔斯鲁厄理工学院或乌尔姆亥姆霍兹学院的研究人员也在开发和测试这种电池。在这几个案例中，由于各种不同的原因，电池都还没有达到生产阶段。

FIB还没有被证实可行，因为它们只在高温下起作用。固态电解质必须加热到足以使其导电。电极在高温下也会膨胀。这正是来自丰田和京都大学的研究小组现在想要用钴、镍和铜的合金来解决的问题。现在要优化材料组合，使电池可以在不损失容量的情况下充放电。

目前尚不清楚原型电池将在何种温度下运行。永久加热使得这种电池的使用更加复杂，而且这个过程需要的能量不能用于驾驶。2018年，来自本田研究院、加州理工学院和美国宇航局喷气推进实验室的科学家们开发了一种可以在室温下操作的FIB电池。问题是这些电池只能存活7个周期。

专家告诉《日本经济新闻》，FIB电池不会在2030年之前进入市场，这个时间参考的是锂离子电池的市场推出时间跨度：这些电池早在1985年就已经开发出来了，但直到1990年代才开始商业化生产。

2 新材料涂层解决电池衰减问题

既然新技术不可能在短时间内替代锂离子电池，那么延长锂离子电池的寿命就至关重要。锂离子电池对于电动汽车来说是必不可少的，但它们也有缺点：很难制造，且随着时间的推移会不断衰减。

总部位于加州圣莱安德罗的一家初创企业周四说，它已经筹集了400万美元的资金，正在与德国化工巨头巴斯夫(BASF)合作研发一项解决这些问题的新技术，目标是有一天能够降低锂离子电池的成本，同时提高电池的容量，延长电池的使用寿命。

这家名为Coreshell的技术公司制造了一种涂层，可以直接附着在锂离子电池的电极表面。

为了产生能量，锂离子在电池内部的电极之间来回移动。但当它们通过电极层时，一些锂会被卡住，既耗尽了锂，也使得剩余的离子难以来回移动。

Coreshell公司表示，这种涂层可以让锂更容易通过，不会被卡住，从而加快电池制造过程中的破环性，减少锂的使用，这意味着更长的电池寿命。但该公司的创始人表示，关键的进步在于，当电极层是在类似于报纸印刷机的“卷对卷”机械上制造时，该涂层是如何以液体形式应用的。

该公司的首席执行官和联合创始人乔纳森·谭(Jonathan Tan)说，“必须适应这种处理方式，才能在经济上可行。以前没有人能用这些涂层做到这一点。”

Coreshell正在与巴斯夫合作，以测试其采用巴斯夫材料的涂层。巴斯夫是一家电池中高能密度阴极活性材料的主要供应商。巴斯夫的一位发言人说，Coreshell公司的涂料比标准材料的性能有所改善。

3 无钴也无镍的下一代电池

特斯拉的供应商中国宁德时代新能源科技股份有限公司(CATL)的一位高管近日表示，该公司正在开发一种不含镍或钴的新型电动汽车电池。

镍和钴是驱动电动汽车的电池的关键成分。从日本松下到韩国LG化学的电池制造商都在降低镍钴铝(NCA)电池或镍钴锰(NCM)电池中昂贵钴的使用量。

特斯拉的老板埃隆·马斯克(Elon Musk)上月敦促矿业公司多生产镍，并警告称，目前的电池成本仍是该公司增长的一大障碍。

宁德时代生产NCM电池，并向特斯拉供应磷酸铁锂(LFP)电池。它与日本丰田和本田有合作关系，并为德国大众和戴姆勒供货。

宁德时代高级主管孟祥峰于中国汽车工业协会在上海举行的“2020中国汽车论坛”上表示，这种新型电池将不同于现有的NCA、NCM和LFP电池，而且不会使用镍或钴等昂贵金属。

“除了大家知道的固态电池和无钴电池以外，我们还在布局更下一代的电池，叫‘无稀有金属电池’，不仅是无钴，连镍也可以替代掉，这样整车的续航可以进一步提高，整车成本可以大幅下降。”孟祥峰表示，但没有透露电池的组成和成本的细节。

此外，宁德时代还在开发一项单独的技术，将电池直接集成到电动汽车的车架中，以扩大其行驶里程。