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電動(dòng)汽車作為燃油車的終結(jié)者，其續(xù)航焦慮是必須克服的一個(gè) “軟肋”,，另外,，也有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為電動(dòng)汽車的競(jìng)爭(zhēng)歸根結(jié)底本質(zhì)上其實(shí)是 “電池的競(jìng)爭(zhēng)”。作為電動(dòng)汽車界的 “一哥”,，特斯拉深知電池對(duì)于自身的重要性,。 對(duì)于特斯拉下一步將會(huì)使用什么電池，浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院涂江平在接受采訪時(shí)表達(dá)了自己的看法,，他告訴 DeepTech：“未來(lái)特斯拉應(yīng)該會(huì)使用大容量電池,，管理系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，材料體系則會(huì)往準(zhǔn)固態(tài)走,?！?/strong> 數(shù)據(jù)顯示，目前電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)電池成本能夠占到整車的 40% 左右,，電池占據(jù)電動(dòng)汽車成本的大頭,，同時(shí)，電池的性能直接關(guān)乎汽車的整體性能表現(xiàn),，比如核心的續(xù)航能力等,。 圖｜特斯拉電動(dòng)汽車（來(lái)源：特斯拉官網(wǎng)） 類似于手機(jī)的超長(zhǎng)待機(jī)，超長(zhǎng)續(xù)航是特斯拉所一直追求和突破的,，而電池正是決定電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航的核心,。然而，想提高電動(dòng)汽車的續(xù)航,，一味地靠加大電池容量并非明智之舉,，提升電池的能量密度才是正道，而固態(tài)電池正是目前極具潛力的新型電池之一,。 全固態(tài)電池為什么讓特斯拉 “愛恨交加” 提到新型電池必然少不了固態(tài)電池 —— 這個(gè)被業(yè)界普遍看好的電池品類,。首先解釋一下什么是固態(tài)電池？其全名是固態(tài)鋰離子電池,，是一種沒有液體電解質(zhì)的電池,。與之相反的則是液態(tài)鋰電池,，比如大家最常見的鋰離子電池，也就是你手中手機(jī)的電池,。 值得注意的是,，“固態(tài)電池” 和 “全固態(tài)電池” 是兩個(gè)不同的概念。據(jù)了解,，根據(jù)電解質(zhì)的種類,，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰電池、固液混合鋰電池和全固態(tài)鋰電池三類,。 圖｜液態(tài)鋰電池和固態(tài)鋰電池結(jié)構(gòu)示意（圖片來(lái)源伊維智庫(kù)） 它們最主要的區(qū)別是電池內(nèi)部液體電解質(zhì)與固體電解質(zhì)的比例不同,。比如固液混合鋰電池內(nèi)含有一定量的液體電解質(zhì)，而全固態(tài)鋰電池內(nèi)沒有液體電解質(zhì),，全部都是固態(tài)電解質(zhì),。 得益于全新材料和獨(dú)特結(jié)構(gòu)，全固態(tài)電池所具備的優(yōu)勢(shì)幾乎是壓倒性的,，綜合安全性,、能量密度、功率密度,、循環(huán)壽命,、高低溫性等性能等各個(gè)方面都表現(xiàn)優(yōu)異，很明顯,，這些優(yōu)點(diǎn)恰恰都是特斯拉 “夢(mèng)寐以求” 的,。但全固態(tài)電池也有一個(gè)致命缺點(diǎn)，那就是成本過高,，確切的說(shuō)是現(xiàn)階段成本很高,，顯然，這又讓特斯拉 “望而卻步”,。 關(guān)于全固態(tài)電池,，中國(guó)工程院院士陳立泉曾對(duì)媒體表示：“液態(tài)鋰電池容易引發(fā)安全憂慮，300Wh/kg 的能量密度也已到達(dá)極限,。下一步要發(fā)展固態(tài)電池,，或者逐漸過渡到全固態(tài)鋰電池?！彼a(bǔ)充稱：“固態(tài)電池的負(fù)極材料可以是納米硅和石墨的復(fù)合負(fù)極,，正極可以是錳酸鋰,、富鋰錳基材料或不含鋰的正極材料,，電解質(zhì)是固體電解質(zhì)，能量密度可達(dá) 300~450Wh/kg,?！?nbsp; 對(duì)于全固態(tài)電池的技術(shù)現(xiàn)狀,，中國(guó)科學(xué)院物理研究所李泓也曾公開表示：“總體而言，固態(tài)電池在世界范圍內(nèi)尚處于研發(fā)階段,，目前還沒有企業(yè)展示綜合性能及成本都能與液態(tài)鋰電池相媲美的大容量固態(tài)動(dòng)力電池,。” 他還說(shuō)：“由于全固態(tài)鋰電池目前尚未完全解決循環(huán)過程中固相界面接觸及體積膨脹問題,，材料體系,、生產(chǎn)工藝、應(yīng)用技術(shù)因此也不成熟,，并未形成供應(yīng)鏈,、得到充分驗(yàn)證，短期內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn),，預(yù)計(jì)還需約 5 年時(shí)間,。” 就在前不久,，中國(guó)科學(xué)院院士,、汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任歐陽(yáng)明高也曾說(shuō)過類似的話：“如果某一位說(shuō)他的車既能跑一千公里，又能幾分鐘充完電,，還特別地安全,，而且成本還非常低，那大家不用相信,，因?yàn)檫@在目前是不可能同時(shí)達(dá)到的,。” 顯然,，就現(xiàn)階段而言,，雖然全固態(tài)電池優(yōu)勢(shì)突出，但受到目前工業(yè)技術(shù)水平的限制,，短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)。 特斯拉放大招,，自研的 4680 新型電池是何來(lái)頭,？ 既然短期內(nèi)等不來(lái)全固態(tài)電池，于是特斯拉便開始 “自立門戶” 研發(fā)制造新型電池,。 去年 9 月,，特斯拉在 “電池日” 上發(fā)布了全新的 4680 電池。據(jù)了解,，這款電池的直徑為 46mm,、高度為 80mm，其最大的特征是采用了激光雕刻的無(wú)極耳技術(shù),，突破圓柱電池的尺寸限制,，由于沒有了電池主要發(fā)熱部件,，電池的熱穩(wěn)定可控性更高。而且這樣的設(shè)計(jì)令功率輸出提升了 6 倍,，續(xù)航里程提升了 16%,，每千瓦時(shí)的成本下降了 14%，而且充電時(shí)間也大幅縮減,。
新型 4680 電池在能量密度,、性能、成本,、安全等多個(gè)維度都實(shí)現(xiàn)了不小的跨越,，與目前正在使用的 2170 電池相比，其能量密度提升了 5 倍,。在 “電池日” 上特斯拉還展示了 4680 電池的組裝信息,，據(jù)介紹，新的電池包采用無(wú)模組設(shè)計(jì),，大約由 960 個(gè) 4680 電池組成,，相比上千個(gè) 2170 電池組成的電池組要少一些，而且電池包的能量密度達(dá)到了 300Wh/kg,。 使用新型電池后,，特斯拉電動(dòng)汽車的續(xù)航里程將增加 54%，成本將下降 56%,。顯然,，這種 4680 電池一旦量產(chǎn)，將大大助力特斯拉實(shí)現(xiàn)降低制造成本的目的,。 簡(jiǎn)單概括總結(jié)一下就是：特斯拉開發(fā)的 4680 新型電池成本更低,、能量密度更大、充放電功率效率更高,。 對(duì)此,，有業(yè)內(nèi)人士根據(jù)特斯拉 Model 3 的目前售價(jià)進(jìn)行了粗略估算，若采用這種 4680 新型電池后其售價(jià)很可能低至 16 萬(wàn)元左右,。 圖｜特斯拉 4680 電池的 “無(wú)極耳” 技術(shù) 早在2020年5月特斯拉便披露了4680電池?zé)o極耳技術(shù)：其核心設(shè)計(jì)理念是通過正負(fù)極集流體與蓋板 / 殼體直接連接,，成倍增大電流傳導(dǎo)面積、縮短電流傳導(dǎo)距離,，從而大幅降低電池內(nèi)阻,，減少發(fā)熱量延長(zhǎng)電池壽命，并提高充放電峰值功率,；并通過優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)件,、簡(jiǎn)化電池生產(chǎn)工藝流程等，提升電池標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)能力,、降低電池成本,。 對(duì)于特斯拉的 4680 電池技術(shù)，涂江平告訴 DeepTech：“這個(gè)是成熟技術(shù),，他們叫無(wú)極耳技術(shù),，我們叫全集流體技術(shù)，早在 2014 年我們就獲專利了,，國(guó)內(nèi)大圓柱電池現(xiàn)在基本都采用這個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝,。” 特斯拉快馬加鞭,，加速自研電池落地量產(chǎn) 特斯拉作為一家車企,，起初在電池領(lǐng)域的技術(shù)沉淀較少，只是通過第三方采購(gòu)電池或者合資共建的方式保障電池供應(yīng),。 從 1865 電池到 2170 電池,，特斯拉一直都在堅(jiān)持提升電池能量密度、降低電池成本的策略,。2017 年,，特斯拉引入電池科學(xué)家 Jeff Dahn 研究團(tuán)隊(duì)從技術(shù)、工藝等方面重新布局電池領(lǐng)域,。2020 年,，特斯拉宣布自建新型電池試驗(yàn)線，同年 5 月披露 “無(wú)極耳” 電池專利,，9 月正式發(fā)布 4680 新型電池,。 據(jù)悉，目前特斯拉正計(jì)劃在德國(guó)的格林海德市建設(shè)一個(gè)超級(jí)工廠,，由汽車工廠和電池工廠兩部分構(gòu)成,，分別生產(chǎn)新款 Model Y 電動(dòng)汽車和新型電池。德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部也在上周批準(zhǔn)了啟動(dòng)電池工廠建設(shè)初步方案,。 目前,，特斯拉正計(jì)劃為電池工廠招募員工。有媒體消息稱：“特斯拉計(jì)劃在這個(gè)電池工廠大批量生產(chǎn)性能更佳的 4680 新型電池,?！?/p> 馬斯克去年就曾表示，已經(jīng)在美國(guó)的得克薩斯州 “試點(diǎn)工廠” 試制 4680 電池,。未來(lái),，隨著格林海德市電池工廠的建成，屆時(shí)或?qū)⒊蔀槭澜缟弦?guī)模最大的汽車電池工廠,。 依托自研自制的 4680 新型電池,，特斯拉還能讓整車的綜合成本進(jìn)一步降低，這很好的契合了特斯拉 “低價(jià)搶市場(chǎng)” 的商業(yè)策略,，以加速特斯拉拓展全球市場(chǎng),，尤其是東南亞,、南美等欠發(fā)達(dá)地區(qū)市場(chǎng)。 4680和全固態(tài),，哪個(gè)會(huì)是特斯拉未來(lái)的押寶對(duì)象,？ 特斯拉大費(fèi)周章的自研電池，那這種 4680 電池會(huì)是特斯拉未來(lái)的押寶對(duì)象嗎,？短期是,，但長(zhǎng)遠(yuǎn)看未必。結(jié)合消費(fèi)市場(chǎng),、商業(yè)策略等綜合因素分析,，特斯拉使用 4680 電池更像是一種 “不得已的選擇”，也可以理解為是一種過渡,。 回顧去年 “特斯拉電池日”,，發(fā)布會(huì)上展示更多的是特斯拉自研電池的創(chuàng)新思路，包括外觀,、結(jié)構(gòu)以及制造工藝等等,。細(xì)看不難發(fā)現(xiàn)，其實(shí) 4680 新型電池的核心電化學(xué)體系并沒有革命性的創(chuàng)新,，也沒有超越包括寧德時(shí)代,、LG 化學(xué)、松下等專業(yè)電池企業(yè)的研發(fā)范疇,。 在電池技術(shù)日新月異的當(dāng)下,，國(guó)內(nèi)的一些電動(dòng)汽車品牌也相繼推出了全新電池品類，比如固態(tài)電池,、石墨烯電池等等,，然而相較于這些，特斯拉的 4680 電池似乎是最接近能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)的,。 至于最近熱度頗高的石墨烯電池,，就目前而言，石墨烯在電池領(lǐng)域的應(yīng)用,，一是作為負(fù)極材料,，二是作為導(dǎo)電添加劑。事實(shí)上,，用石墨烯做負(fù)極材料會(huì)導(dǎo)致成本極高,，且目前技術(shù)尚不成熟。但如果是被用作導(dǎo)電添加劑,，嚴(yán)格來(lái)說(shuō),，這種電池應(yīng)該被稱為 “石墨烯基電池” 或 “摻雜石墨烯的硅基負(fù)極鋰電池”，顯然這和傳統(tǒng)意義上的 “石墨烯電池” 是兩個(gè)不同概念。 對(duì)此,，中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所研究員陳成猛曾向 DeepTech 透露：“在鋰離子電池領(lǐng)域,，石墨烯目前僅作為輔助性的填料使用，在主體材料或電化學(xué)體系沒有技術(shù)突破的情況下,，其應(yīng)用僅可改善儲(chǔ)電部分性能,，但效果遠(yuǎn)達(dá)不到 ‘顛覆’ 的程度，將這類電池稱為 ‘石墨烯電池’ 也是不科學(xué)的,。” 縱觀過往,，任何科技產(chǎn)品的普及都要經(jīng)歷一個(gè)由研發(fā)到量產(chǎn)的過程,，只是這個(gè)過程或長(zhǎng)或短。具體到全固態(tài)電池,，從實(shí)驗(yàn)室研發(fā),，到投產(chǎn)制造，再到大規(guī)模量產(chǎn),，整個(gè)時(shí)間周期很長(zhǎng),，更為關(guān)鍵的是成本。 特斯拉的商業(yè)策略是 “低價(jià)搶市場(chǎng)”,，在這個(gè)策略下,，雖然全固態(tài)電池 “無(wú)限好”，但成本是個(gè) “硬傷”,，而且距離大規(guī)模量產(chǎn)還有很長(zhǎng)一段路要走,，所以，特斯拉短期內(nèi)使用的可能性不大,。當(dāng)然,，也不排除特斯拉試驗(yàn)性地將全固態(tài)電池率先應(yīng)用在非量產(chǎn)尖端車型的可能。 |
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