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锂离子电池的技术发展及对电动汽车的助力 挑战在于电池材料及工艺

来源:【TRD】 发布日期:2020-05-08 分享 加入收藏 关注:337

据外国媒体报道,新一代的电动汽车自10年前起开始出现在路面上。美国佐治亚理工学院的研究人员耗费了一年时间,追踪了近500名美国驾驶员的驾驶习惯,旨在确认电动汽车是否适合这类人群使用。



研究人员发现,近三分之一的受访者表示,他(她)们可以用续航里程为100英里(约合160公里)的电动汽车完成其绝大部分出行活动。只有6%的情况所涉及的出行距离较远,可能要用户将电量充满后再出行,或租用一辆汽油车。



如今,电动汽车的发展情况更好了。许多电动汽车续航里程数已远不止200英里(约合320公里),某些大尺寸、高端车型的续航里程数甚至能达到近400公里。毕竟,仍有许多潜在的购车用户担心车辆在半途中电量耗尽。长续航版电池可缓解用户的“电动汽车里程数焦虑”,但“还有很多坑要填”。



许多电动汽车所搭载的电池都是锂离子电池,该款产品是SONY企业于1991年实现商业化的电池设计,该类电池的特别之处在于其蓄能容量较高。目前,电动汽车车载电池的能量密度通常为200wh/kg,当代锂离子电池可将200watt-hour的电势注入到1千克的电池套件(kit)中。该数据是旧款铅酸电池的5倍,研究人员们正在持续研究改进,旨在提升锂离子电池性能。



锂离子电池的名字取自其内部的锂离子。但这类电池放电时,阳极会出现锂离子。然后,该锂离子将通过电池隔板(只有锂离子能通过)至电解液中,然后再扩散至阴极。阳极的电子将消失,沿着外部电路进入阴极。在该过程中出现的电流将被用于驱动电机。而在阴极位置,离子和电子重新结合。该情况将持续至用户通过充电线缆将车辆与充电设备连通时,整个流程将逆转。



关于车辆这类重量敏感型应用而言,锂金属是化学元素周期表中比较轻的一款金属,但该金属的(化学)反应性也较高。电芯的构建要非常谨慎,防止瑕疵,否则将可能引发电池短路乃至于电池起火事故。阳极通常由富碳材料(carbon-richmaterial)组成,阴极内的锂金属通常容易被部分氧化,从而生成锂钴氧化物(lithiumcobaltoxide)。



而钴金属是昂贵的一款电池材料,电池制造商们都试图减少该材料的使用量。许多钴矿都位于刚果民主共和国,而采矿条件非常恶劣,甚至有使用童工的情况出现。业内的主流思路是减少电钴金属在锂离子电池内的使用量,同时调升镍和锰的用量,以便生产NMC电池(三元锂离子电池)。



去年,我国某电池制造商——宁德时代开始量产NMC电池,其能量密度达到240wh/kg。而特斯拉等其他企业则希翼进一步削减甚至摆脱对钴金属的依赖,但特斯拉却对其电池计划的明细内容守口如瓶。



为降低电池材料的成本,随着宁德时代、特斯拉及其他对手的产量提升,这类电池的价格将稳步下降。据彭博新能源财经透露,2012年锂离子电池的平均售价为1160美金/千瓦时(约合8204.68元/千瓦时)。到2024年,其售价将低于100美金/千瓦时(约合707.3元/千瓦时)(见图表)。届时,与内燃机车相比较,电动汽车的竞争优势将更大。



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