特斯拉在自研動力電池上都做了哪些努力？特斯拉電池日的兩大期待

時間:2020-06-28 23:54來源:搜狐汽車E電園 作者:許書懷
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       備受矚目的特斯拉電池日臨近，此前特斯拉CEO馬斯克在2019年第四季度財報電話會議上宣布，公司計劃在4月中旬舉行“電池日”活動，屆時將準(zhǔn)備講述一些可以“令人大吃一驚”的事情。據(jù)此前媒體報道，今年電池日特斯拉或?qū)⒅魍芃axwell的干電極技術(shù)，那么這個技術(shù)有何過人之處，特斯拉在自研電池的道路上都做了哪些努力呢?本文一起來探討。
 
       首先讓我們來簡單回顧一下特斯拉在動力電池供應(yīng)商方面的變化動作。
 
       ●特斯拉自成立以來，其動力電池一直都是由日本松下提供的圓柱形電池。不過特斯拉和松下多年來的合作隨著產(chǎn)能增加，在產(chǎn)能以及價格方面二者分歧增加，導(dǎo)致矛盾激化。特斯拉也越來越意識到把握動力電池核心技術(shù)的緊迫性。
 
       ●2019年10月，特斯拉宣布與LG化學(xué)合作，LG化學(xué)南京工廠將向特斯拉中國工廠供應(yīng)圓柱21700型電池，打破了日本松下獨(dú)家供應(yīng)商的地位。
 
       ●2020年2月，中國動力電池巨頭寧德時代也正式納入了特斯拉的電池供應(yīng)體系。保價協(xié)議期限為2020年7月1日至2022年6月30日。這也意味著至此，特斯拉在全球范圍內(nèi)共有三家動力電池供應(yīng)商。
 
       ●不過特斯拉也一直沒放棄自研電池的道路，在2019年特斯拉先后收購了Maxwell電池技術(shù)公司、加拿大電池制造商Hibar Systems，用來自主研發(fā)動力電池。
 
       結(jié)合Maxwell的優(yōu)勢，未來特斯拉自研電池很可能朝著半固態(tài)電池邁出一大步，如果干電極技術(shù)以及超級電容能夠在短期內(nèi)量產(chǎn)應(yīng)用，那么這無疑會對現(xiàn)有的新能源動力電池格局形成較大沖擊，具體究竟如何，還需我們靜靜等待今年的電池日。
 
       [·Maxwell的“超級電容”和“干電極”·]
 
       據(jù)悉，特斯拉去年收購的Maxwell是全球第一的超級電容器制造商，在“超級電容”、“干電極”等領(lǐng)域有著技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢。而基于Maxwell的這兩大技術(shù)優(yōu)勢，則帶給我們無限幻想，另外馬斯克所說的將在電池日宣布“令人大吃一驚”的事情，不知是否意味著在關(guān)鍵電池技術(shù)上有所突破，這也讓我們對此次的電池日有兩大期待。
 
       期待一：干電極技術(shù)突破
 
       提到干電極技術(shù)，首先我們先要了解目前電池電芯內(nèi)部是什么樣的。
 
       目前的電池電芯為涂抹正負(fù)極材料的極片中部加入隔離膜，再注入電解液形成電芯單體。而干電極則是通過在鋰電池的電解液中加入少量(約5-8%)細(xì)粉狀粘合劑(PTFE)，與正極、負(fù)極材料粉末混合，通過擠壓機(jī)擠壓形成薄的電極材料，圍繞在電極周圍的這部分電極材料就類似是口香糖似的膠狀物。此時電芯內(nèi)固態(tài)材料增加，電解液容量減少，這就相當(dāng)于固態(tài)電池的初級階段，從而達(dá)到提升能量密度、電池活性，以及實(shí)現(xiàn)無鈷的減低成本目標(biāo)。
 
       事實(shí)上干電極并不算是新技術(shù)，已經(jīng)過多年發(fā)展。干電極技術(shù)可以簡化動力電池工藝，節(jié)約電池空間，極大提升電池的能量密度。同時有業(yè)內(nèi)人士指出，干電極技術(shù)以下4點(diǎn)優(yōu)勢：
 
       1、電極壓實(shí)密度更高有利于負(fù)極補(bǔ)鋰;
 
       2、可以更容易使用超高鎳正極材料;
 
       3、成本更低;
 
       4、可以適用于下一代材料體系，包括固態(tài)電池。
 
       而我們目前使用的鋰電池會有壽命問題，主要是因?yàn)楣虘B(tài)的電極浸泡在液態(tài)的電解液中，固液接口經(jīng)過多次充放電循環(huán)，會逐漸產(chǎn)生結(jié)晶等結(jié)構(gòu)問題，最終造成電池效能下降甚至短路，同時電解液本身有毒性，更有污染環(huán)境的問題。而干電極技術(shù)排除了固液接口，因此可改善電池的效能表現(xiàn)，大幅提升壽命與安全性，降低成本。
 
       如果特斯拉以及Maxwell在干電極技術(shù)方面做出了某種突破，那么意味著其電池電芯技術(shù)將領(lǐng)先市場一個代際，在能量密度、成本、安全性、電池包體積等方面都將獲得突破，也代表它距離未來全固態(tài)電池的開發(fā)和應(yīng)用更進(jìn)一步。
 
       期待二：超級電容技術(shù)能否應(yīng)用于動力電池
 
       超級電容又稱為雙電層電容器，它類似普通電容器和電池的混合體，但又不同于兩者。如同電池一樣，超級電容器也具有由電解質(zhì)隔開的正極和負(fù)極。但是與電池不同的是，超級電容器像電容器一樣以靜電的方式儲存能量，而不是像電池那樣以化學(xué)的方式儲存能量。
 
       超級電容器同樣也有一個介質(zhì)分離器來分離電解質(zhì)，就像電容器一樣。這種內(nèi)部的電池結(jié)構(gòu)使得超級電容器具有很高的能量存儲密度，特別是與普通電容器相比。
 
       超級電容器的優(yōu)點(diǎn)是功率密度高，并且充放電遠(yuǎn)比電池的化學(xué)反應(yīng)快速，能實(shí)現(xiàn)快速的充放電，在無數(shù)充放電循環(huán)后也不像鋰電池會出現(xiàn)效能衰退以及析鋰現(xiàn)象，因?yàn)楫?dāng)電荷存儲在它們內(nèi)部時，不會發(fā)生物理或化學(xué)變化。而且因?yàn)槭俏锢韮δ埽圆恍钃?dān)心溫度過高過低影響化學(xué)反應(yīng)，因此在極端溫度下仍能確保電池性能的穩(wěn)定性和可靠性。
 
       根據(jù)公開信息顯示，Maxwell電極能使能量密度超過300Wh/kg，較特斯拉當(dāng)前使用的電池高出了20%-40%。按照其規(guī)劃在2020年左右可以實(shí)現(xiàn)385Wh/kg的能量密度，到2027年可達(dá)到500Wh/kg。轉(zhuǎn)換到實(shí)際續(xù)航里程，未來特斯拉單次續(xù)航便可輕松突破1000km。而目前，Maxwell生產(chǎn)的超級電容器主要應(yīng)用在我們熟悉的自動啟停技術(shù)上，它能幫助車子極大減緩啟停震動，提升舒適性。
 
       綜合超級電容上述優(yōu)點(diǎn)，如果應(yīng)用到純電動汽車當(dāng)中，將會掃除許多目前限制純電動車發(fā)展的障礙。比如充放電迅速的特性可以極大提升能源補(bǔ)充的速度;無數(shù)循環(huán)放電衰退少將讓電池壽命提升兩倍以上;物理儲能則極大提升性能穩(wěn)定性，降低自燃風(fēng)險，減少冬季續(xù)航衰減和夏季溫度過高的可能性;功率密度高則可以減少動力電池體積，并降低10%-20%的成本。
 
       由此看來，超級電容很可能是幫助純電動車代替燃油車的一大利器。不過既然它這么優(yōu)秀，為什么沒有大范圍應(yīng)用呢?
 
       因?yàn)槌夒娙荽嬖谝粋�致命缺點(diǎn)，就是能量密度仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋰電池。所以短期來看，超級電容不大可能成為電動車主要儲能技術(shù)，這會導(dǎo)致電動車?yán)m(xù)航力嚴(yán)重不足。不知道特斯拉電池日是否會在超級電容方面給到我們哪些驚喜。
 
       不過也有業(yè)內(nèi)人士猜測，根據(jù)超級電容的特性，如果采用超級電容搭配鋰電池的復(fù)合組合系統(tǒng)，便可以擷取雙方優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)。即利用超級電容為瞬間大功率輸出提供動力，或是為剎車動能回收進(jìn)行瞬間吸能回電，輔以鋰電池為主要動力來源，解決續(xù)航能力的短板。所以從理論上看，將超級電容應(yīng)用在純電動車是可以實(shí)現(xiàn)的。
 
       不過這只是一個推斷，具體特斯拉以及Maxwell會如何應(yīng)用還需要我們靜觀其變。如果真能解決能量密度的問題，那么這無疑又幫助特斯拉邁出重大一步。
 
       [·一種全新的電池組制造方法?·]
 
       此外除了Maxwell的兩項(xiàng)“絕技”有外媒透露，特斯拉或?qū)⑻峁┮环N全新的電池組制造方法。
 
       特斯拉的新方法將把制造電芯以及整合成電池組兩個制造過程合二為一。據(jù)外媒推測，這些小型電池組將像樂高積木一樣組裝成整個電池組。推測特斯拉的冷卻系統(tǒng)將放棄其當(dāng)前的“冷卻蛇”概念，而是將冷卻管直接粘在電池上。特斯拉的專利申請中討論了使用工程介電液作為冷卻液，電池單元直接浸入冷卻液中，從而提供了良好的熱傳遞。
 
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