电池技术决定电动车行业未来

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1、电池技术决定电动车行业未来决定电动汽车（BEV）产业发展的关键在于降低电池成本。未来技术的突破，例如锂硫电池或锂空气电池的应用，将起到决定作用。当前，我们必须改进现有的电池组生产方式，针对特定的市场，提供有竞争力的产品和设计。“电动汽车”这个词所指的车辆有混合动力汽车、纯电池动力汽车（BEV），还有使用燃料电池的电动汽车。这三种汽车的分类依据大不相同，特别在区分目标市场和满足技术要求方面差别巨大。尽管电池动力汽车为经济和社会带来深远影响，但它目前面临的技术挑战十分艰巨：电池技术还需要大幅改进才能让电池动力汽车能够与内燃机引擎（ICE）汽车相匹敌

2、，甚至超越后者。本文重点介绍和讨论BEV电池技术，并对其面临的关键挑战提出解决方案和思路，进而提出改进BEV电池技术的观点。当前BEV电池技术的发展阶段7多数BEV都使用锂离子（Li-ion）电池技术。现在使用的五种主要的锂离子电池技术从组成成分可区别为：二氧化锰锂（LMO）、磷酸锂铁（LFP）、锂镍钴锰氧化物（NMC）、锂镍钴铝（NCA）和钛酸锂（LTO）。可是，如果考虑所有的需求（安全性、比容量、成本、使用寿命和性能），五种技术中的任何一种都无法在下列五大指标中全部达到令人满意的程度。首先，对于BEV电池来说，安全性是最重要的一个判断标准。

3、安全方面的主要考虑是要避免热失控。从2013年10月发生的特斯拉（Tesla）起火事件可以看出，电动汽车电池着火会很快改变公众对BEV的态度，也会严重影响BEV制造商的财务状况。严格地讲，考虑到其化学成分，当前所有的锂电池本质都是不安全的。由于牺牲了比容量，一些特定的锂电池技术会相对安全。比容量是决定行驶里程的关键因素。为了避免热失控，不同的BEV制造商对电池技术和电池组的设计有自己的偏好。然而它们都需要坚固的保护包装、高效的冷却系统，也需要电池管理系统来准确地监控和平衡电池的状态。所有这些附加的组件大幅增加了电池组的重量，进而削弱了比容量。第

4、二，只有在评价电极本身的内在属性时，材料层面的比容量（只计算电极材料本身的质量）才有意义。电池组装完成后，由于加上了集流体、电解质、隔膜和电池单元外壳等组件，电池单元层面的比容量就会显著降低。截至目前，电池单元层面的比容量是由松下公司（Panasonic7Corporation）实现的，最高为236Whkg-1，特斯拉使用了这种技术。把数百（乃至数千）个单独的电池单元组合起来，构成BEV的电池组后，比容量就会进一步下降。例如，特斯拉使用的电池组，包装后的比容量约为120Whkg-1；而美国还有另外两个主要的BEV品牌，日产LEAF和雪佛兰沃蓝达

5、（ChevyVolt），它们电池组层面的比容量分别为90-110Whkg-1，以及80-90Whkg-1。电池组层面的比容量有限，这是延长单次充电行驶里程的重大瓶颈。第三，成本是另一个决定BEV未来的因素。目前，电池用化学品生产商和大多数BEV制造商之间有两层中介，一是电池单元制造商，二是电池组制造商。由于两个层级的存在，电池的最终价值中又增加了额外的成本，之后这些成本又会转嫁给消费者。波士顿咨询公司（BostonConsultingGroup）的分析显示，当前BEV制造商需要承担的电池组成本约为每千瓦时900美元至1220美元，零售价格还要再

6、高出40%。需要指出的是，制造电池并不是劳动密集型产业，因此劳动力成本在各地区之间的差异并不显著。例如，在美国制造电池组的成本只比中国的成本高14%。7第四，表1中显示的最后两个指标，使用寿命和性能的技术挑战没那么大。目前多数锂电池技术的周期稳定性和总体寿命都很不错。此外，BEV制造商可以利用容量比所需电量更大的电池组，补偿电池的自然老化，也可以使用容量较小的电池组，并在几年后通过保修服务进行更换。BEV电池的性能需要在许多不同的气候条件下进行衡量，因此评价标准与BEV针对的特定地区紧密相关。要改进电动汽车在不同气候下的运动性能，就需要增添加热

7、和隔热等附加组件。而这又会降低电池的比容量，进而影响汽车的行驶里程。改进BEV电池技术改进BEV的电池技术可从上述几个重要指标入手。首先，只要继续使用可燃的液态电解质，锂电池内在的安全性就难以根本改进。站在科学的角度，改善安全性的唯一方案就是研发固态电解质。研究人员正在对两种固态电极开展紧密的研究：高分子电解质和陶瓷电解质。一方面，高分子电解质机械弹性更强，化学上也更稳定。然而锂离子在高分子电解质中的导电性，比正常电池运行所需导电性至少要低两个数量级。另一方面，某些陶瓷电解质虽然具有充足的导电性，但在锂电池很宽的电压范围内却并不稳定。所有这些缺

8、陷都来源于其内在的化学属性。化学学科需要有根本性的突破，才能使固态电解质成为现实。由于上述两者都不可能在近期取得进展，BEV制造商仍需要依赖工程设计来