撰文 / 朱 琳

編輯 / 張 南

設(shè)計 / 杜 凱

來源 / electrive、autonews、autoblog，作者：Chris Randall、Stephen Nellis

電池作為電動汽車的關(guān)鍵部件，是許多汽車企業(yè)和電池化工企業(yè)重點研發(fā)的對象。提高續(xù)航里程和延長電池壽命是電池技術(shù)突破中的重點。

最近，豐田研發(fā)出一種氟離子電池，可將續(xù)航里程提高到1000公里；而美國初創(chuàng)企業(yè)Coreshell則制造了一種涂層，可延長鋰離子電池的使用壽命；中國企業(yè)寧德時代也宣布，正在開發(fā)不含稀有金屬鈷和鎳的新一代電池。

續(xù)航1000公里的氟離子電池

豐田公司目前正在與京都大學(xué)的科學(xué)家們合作研制一種新的氟離子電池，這種電池單位重量的能量大約是傳統(tǒng)鋰離子電池的7倍，且能使電動汽車一次充電行駛1000公里。

據(jù)《日本經(jīng)濟新聞》報道，該團隊已經(jīng)開發(fā)出相應(yīng)的可充電電池的原型，該電池采用固體電解質(zhì)，陽極由氟、銅和鈷制成，陰極主要由鑭組成。

據(jù)稱，由于重量能量密度高出鋰離子電池7倍，在相同的安裝空間下，可顯著提高汽車電池的能量含量。目前還不清楚在京都測試的原型電池距離批量生產(chǎn)還有多遠。一般來說，至少就目前已知的鋰離子電池而言，原型值并不總是能從實驗室規(guī)模轉(zhuǎn)移到大規(guī)模生產(chǎn)。

然而，氟離子電池完全不需要鋰。這種電池也被稱為FIB (flouride ion battery)，它通過傳導(dǎo)氟離子的電解質(zhì)將氟離子從一個電極傳輸?shù)搅硪粋€電極來發(fā)電。其優(yōu)點是每個金屬原子可以轉(zhuǎn)移幾個電子，這就解釋了高能量密度。

這家日本公司并不是唯一一家從事氟離子電池研究的公司?？査刽敹蚶砉W(xué)院或烏爾姆亥姆霍茲學(xué)院的研究人員也在開發(fā)和測試這種電池。在這幾個案例中，由于各種不同的原因，電池都還沒有達到生產(chǎn)階段。

FIB還沒有被證實可行，因為它們只在高溫下起作用。固態(tài)電解質(zhì)必須加熱到足以使其導(dǎo)電。電極在高溫下也會膨脹。這正是來自豐田和京都大學(xué)的研究小組現(xiàn)在想要用鈷、鎳和銅的合金來解決的問題?，F(xiàn)在要優(yōu)化材料組合，使電池可以在不損失容量的情況下充放電。

目前尚不清楚原型電池將在何種溫度下運行。永久加熱使得這種電池的使用更加復(fù)雜，而且這個過程需要的能量不能用于駕駛。2018年，來自本田研究院、加州理工學(xué)院和美國宇航局噴氣推進實驗室的科學(xué)家們開發(fā)了一種可以在室溫下操作的FIB電池。問題是這些電池只能存活7個周期。

專家告訴《日本經(jīng)濟新聞》，F(xiàn)IB電池不會在2030年之前進入市場，這個時間參考的是鋰離子電池的市場推出時間跨度：這些電池早在1985年就已經(jīng)開發(fā)出來了，但直到1990年代才開始商業(yè)化生產(chǎn)。

新材料涂層解決電池衰減問題

既然新技術(shù)不可能在短時間內(nèi)替代鋰離子電池，那么延長鋰離子電池的壽命就至關(guān)重要。鋰離子電池對于電動汽車來說是必不可少的，但它們也有缺點：很難制造，且隨著時間的推移會不斷衰減。

總部位于加州圣萊安德羅的一家初創(chuàng)企業(yè)周四說，它已經(jīng)籌集了400萬美元的資金，正在與德國化工巨頭巴斯夫(BASF)合作研發(fā)一項解決這些問題的新技術(shù)，目標(biāo)是有一天能夠降低鋰離子電池的成本，同時提高電池的容量，延長電池的使用壽命。

這家名為Coreshell的技術(shù)公司制造了一種涂層，可以直接附著在鋰離子電池的電極表面。

為了產(chǎn)生能量，鋰離子在電池內(nèi)部的電極之間來回移動。但當(dāng)它們通過電極層時，一些鋰會被卡住，既耗盡了鋰，也使得剩余的離子難以來回移動。

Coreshell公司表示，這種涂層可以讓鋰更容易通過，不會被卡住，從而加快電池制造過程中的破環(huán)性，減少鋰的使用，這意味著更長的電池壽命。但該公司的創(chuàng)始人表示，關(guān)鍵的進步在于，當(dāng)電極層是在類似于報紙印刷機的“卷對卷”機械上制造時，該涂層是如何以液體形式應(yīng)用的。

該公司的首席執(zhí)行官和聯(lián)合創(chuàng)始人喬納森·譚(Jonathan Tan)說，“必須適應(yīng)這種處理方式，才能在經(jīng)濟上可行。以前沒有人能用這些涂層做到這一點。”

Coreshell正在與巴斯夫合作，以測試其采用巴斯夫材料的涂層。巴斯夫是一家電池中高能密度陰極活性材料的主要供應(yīng)商。巴斯夫的一位發(fā)言人說，Coreshell公司的涂料比標(biāo)準(zhǔn)材料的性能有所改善。

無鈷也無鎳的下一代電池

特斯拉的供應(yīng)商中國寧德時代新能源科技股份有限公司(CATL)的一位高管近日表示，該公司正在開發(fā)一種不含鎳或鈷的新型電動汽車電池。

鎳和鈷是驅(qū)動電動汽車的電池的關(guān)鍵成分。從日本松下到韓國LG化學(xué)的電池制造商都在降低鎳鈷鋁(NCA)電池或鎳鈷錳(NCM)電池中昂貴鈷的使用量。

特斯拉的老板埃隆·馬斯克(Elon Musk)上月敦促礦業(yè)公司多生產(chǎn)鎳，并警告稱，目前的電池成本仍是該公司增長的一大障礙。

寧德時代生產(chǎn)NCM電池，并向特斯拉供應(yīng)磷酸鐵鋰(LFP)電池。它與日本豐田和本田有合作關(guān)系，并為德國大眾和戴姆勒供貨。

寧德時代高級主管孟祥峰于中國汽車工業(yè)協(xié)會在上海舉行的“2020中國汽車論壇”上表示，這種新型電池將不同于現(xiàn)有的NCA、NCM和LFP電池，而且不會使用鎳或鈷等昂貴金屬。

“除了大家知道的固態(tài)電池和無鈷電池以外，我們還在布局更下一代的電池，叫‘無稀有金屬電池’，不僅是無鈷，連鎳也可以替代掉，這樣整車的續(xù)航可以進一步提高，整車成本可以大幅下降?！泵舷榉灞硎?，但沒有透露電池的組成和成本的細節(jié)。

此外，寧德時代還在開發(fā)一項單獨的技術(shù)，將電池直接集成到電動汽車的車架中，以擴大其行駛里程。