鋰離子電池的技術(shù)發(fā)展及對電動車的助力 挑戰(zhàn)在于電池材料及工藝

   據(jù)外媒報道，新一代的電動車自10年前起開始出現(xiàn)在路面上。美國佐治亞理工學(xué)院的研究人員耗費了一年時間，追蹤了近500名美國駕駛員的駕駛習(xí)慣，旨在確認電動車是否適合這類人群使用。

   研究人員發(fā)現(xiàn)，近三分之一的受訪者表示，他（她）們可以用續(xù)航里程為100英里（約合160公里）的電動車完成其絕大部分出行活動。只有6％的情況所涉及的出行距離較遠，可能需要用戶將電量充滿后再出行，或租用一輛汽油車。

   如今，電動車的發(fā)展情況更好了。許多電動車續(xù)航里程數(shù)已遠不止200英里（約合320公里），某些大尺寸、高端車型的續(xù)航里程數(shù)甚至能達到近400公里。畢竟，仍有許多潛在的購車用戶擔(dān)心車輛在半途中電量耗盡。長續(xù)航版電池可緩解用戶的“電動車里程數(shù)焦慮”，但“還有很多坑要填”。

   許多電動車所搭載的電池都是鋰離子電池，該款產(chǎn)品是索尼公司于1991年實現(xiàn)商業(yè)化的電池設(shè)計，該類電池的特別之處在于其蓄能容量較高。目前，電動車車載電池的能量密度通常為200wh／kg，當(dāng)代鋰離子電池可將200 watt－h(huán)our的電勢注入到1千克的電池套件（kit）中。該數(shù)據(jù)是舊款鉛酸電池的5倍，研究人員們正在持續(xù)研究改進，旨在提升鋰離子電池性能。

   鋰離子電池的名字取自其內(nèi)部的鋰離子。但這類電池放電時，陽極會產(chǎn)生鋰離子。然后，該鋰離子將通過電池隔板（只有鋰離子能通過）至電解液中，然后再擴散至陰極。陽極的電子將消失，沿著外部電路進入陰極。在該過程中產(chǎn)生的電流將被用于驅(qū)動電機。而在陰極位置，離子和電子重新結(jié)合。該情況將持續(xù)至用戶通過充電線纜將車輛與充電設(shè)備連通時，整個流程將逆轉(zhuǎn)。

   對于車輛這類重量敏感型應(yīng)用而言，鋰金屬是化學(xué)元素周期表中最輕的一款金屬，但該金屬的（化學(xué)）反應(yīng)性也較高。電芯的構(gòu)建需要非常謹慎，避免瑕疵，否則將可能引發(fā)電池短路乃至于電池起火事故。陽極通常由富碳材料（carbon－rich material）組成，陰極內(nèi)的鋰金屬通常容易被部分氧化，從而生成鋰鈷氧化物（lithium cobalt oxide）。

   而鈷金屬是最為昂貴的一款電池材料，電池制造商們都試圖減少該材料的使用量。許多鈷礦都位于剛果民主共和國，而采礦條件非常惡劣，甚至有使用童工的情況出現(xiàn)。業(yè)內(nèi)的主流思路是減少電鈷金屬在鋰電池內(nèi)的使用量，同時調(diào)升鎳和錳的用量，以便生產(chǎn)NMC電池（三元鋰電池）。

   去年，中國最大的電池制造商——寧德時代開始量產(chǎn)NMC電池，其能量密度達到240wh／kg。而特斯拉等其他公司則希望進一步削減甚至擺脫對鈷金屬的依賴，但特斯拉卻對其電池計劃的明細內(nèi)容守口如瓶。

   為降低電池材料的成本，隨著寧德時代、特斯拉及其他對手的產(chǎn)能提升，這類電池的價格將穩(wěn)步下滑。據(jù)彭博新能源財經(jīng)透露，2012年鋰電池的平均售價為1160美元／千瓦時（約合8204．68元／千瓦時）。到2024年，其售價將低于100美元／千瓦時（約合707．3元／千瓦時）（見圖表）。屆時，與內(nèi)燃機車相比較，電動車的競爭優(yōu)勢將更大。