电动汽车电池竞赛中的三个领跑者

发布时间:2018-10-29
当前位置:主页 > 新闻简讯 >

伴随着新一代电池的不断发展,锂离子电池技术已经取得了巨大的飞跃。但是,这种电池组仍面临很多难题:

例如,它所使用的钴等原材料源自一些局势动荡的国家,并被很多人认为充满了原罪;或者,如果这种电池破损、或者装载过多能量时会非常危险。 

世界范围内,数百家公司和数千名科学家关注的焦点就在于如何解决这些难题。

在这个拥挤的领域的竞赛中,埃隆·马斯克特斯拉(Tesla)、一位法国亿万富翁领导的企业博洛雷(Bollore)和位于马萨诸塞州的一家初创企业派立昂(Pellion)暂时取得了领先。

“未来的技术将专注于提升性能,储存更多能量,在延长续航里程的同时降低成本。未来,数以亿计的资金将用于这项研究。” 沃尔特能源(Volta Energy Technologies)的CEO杰夫•张伯伦(Jeff Chamberlain)这样说道。

下面,我们就来看看上述的三家企业到底做了什么,又代表了怎样的未来方向。

特斯拉:钴含量更少的电池 

电池制造商们都正努力将其设备中的钴含量降至最低水平,以控制成本、维护企业声誉。钴的问题在于,它主要是在刚果民主共和国开采的,近几十年来,该国一直冲突不断。

达顿大宗商品有限公司(Darton Commodities Limited)的数据显示,尽管大部分原材料是在正规的商业矿区开采的,但是,约有15%的钴源自那些经常使用童工的手工小矿。

因此,企业面临越来越大的压力。企业该怎么追踪钴的来源、证明其来源是合乎道德呢?这说起来容易做起来难。因为绝大多数的矿在被加工的过程中,都不会把来自不同矿山的材料区别地存放。

彭博新能源财经(Bloomberg NEF)能源存储分析师詹姆斯•弗里斯(James Frith)表示:“不幸的是,钴很善于维持材料的结构,就像电池界的水泥一样。在充电和放电阶段,它可以很好地防止电池内部化学物质的变质。”

刚果政府最近表示,今年将再次提高生产者的开采使用费。然而,供应链的不稳定的同时,电动汽车行业对钴的需求却在不断飙升,今年4月底,钴价格达到峰值,每磅44.08美元,是2016年初的10.60美元4倍还要多。目前,钴的交易价格为每磅34美元。

在减少电池中钴的竞争中,特斯拉和它的电池供应商松下处于领先地位。

特斯拉宣称,特斯拉目前生产的Model 3和家用储能产品PowerWalls的电池中所含的钴含量不足3%,比亚洲很多领先的电池制造商的目标含量还要低。

从去年6月开始,特斯拉就开始以这种标准生产电池,与该公司将Model 3产能提升至50万辆的目标并行。Model 3的目标是在2018年生产50万辆汽车。特斯拉8月份表示,它每年生产200亿瓦时的电池。

在最近的股东电话会议上,特斯拉CEO埃隆•马斯克(Elon Musk)表示:“我们镍钴铝三元正极材料中钴的含量已经低于其他电池生产商的下一代目标含量。我们认为我们能做到让钴的含量忽略不计。”

特斯拉蒂尔堡工厂的车间中放置的电池组

彭博新能源财经表示,钴的需求上升可能会在2020年代初造成供应冲击。

全球有几家规模较小的公司正在研究和制造完全不含钴的电池,但是,无论是荷兰的Lithium Werks,还是美国的初创公司科纳米克斯(Conamix),它们的生产规模都远不及特斯拉。

韩国化工巨头LG化学目前生产的电池钴含量为20%。该公司的计划在2020年至2021年间将钴的含量减半。首尔的SK创新有限公司(SK Innovation Co Ltd.)发言人透露,该公司已经完成了一种电池的研发,这种电池的钴含量为10%,但目前还没有投产。

法国博洛雷:更安全的电池

电池故障造成的灾难新闻屡见不鲜,因为电池组很容易着火。三星智能手机和波音Dreamliner客机的起火事件在人们脑海中也难以抹去。

电动汽车的电池其实也很容易受到这种影响,一旦发生碰撞,就会击穿电池组,致使电池内部局部温度过高,最终导致电解液(溶剂多为易燃有机物)和隔膜燃烧起火,甚至发生爆炸。

为了避免这种情况的发生,电池制造商正尝试着将液态电解质转换为固体材料。亿万富翁文森特•博洛雷(Vincent Bollore)持有的法国博洛雷集团(Bollore Group)旗下的Blue Solutions就在固态电池领域处于领先地位,目前已经有两家工厂在运营。

博洛雷集团总裁文森特•博洛雷(Vincent Bollore)与其旗下Autolib共享电动汽车

近几个月来,固态电池领域已经吸引了近4亿美元的资金。

今年初,美国固态电池初创公司Ionic Materials在其C轮融资中筹集到了6500万美元,包括雷诺-日产-三菱联盟、现代、道达尔(Total)和日立都参与了投资。今年夏天,大众也向加州一家名为QuantumScape的公司投资1亿美元,将与之建立一家合资公司。大众表示,希望到2025年建立一条固态电池技术的生产线。

Blue Solutions已经能规模化生产固态电池。该公司在法国北部和加拿大的工厂每年生产500兆瓦时(megawatt-hours)的电池组,足够为1万辆电动汽车提供动力。该公司与戴姆勒、雪铁龙(Citroen)等汽车制造商以及工程公司Gaussin Manugistique都建立了合作关系。

Blue Solutions的一位发言人表示,该公司正致力于“在现有产品中引入其电池技术”,但仍然需要说服客户,使他们相信选择第一种可用的固态锂金属电池是正确的。

Blue Solutions还计划推出升级版的固态电池,预计在2019年下半年,使用这一技术电池的可储存能量将增加40%.

派立昂:更高的能量密度 

电池的最终目标是将最大的能量压缩到最小的空间,这就是常说的能量密度。电池储存的电量越多,汽车的续航里程就越长,手机或笔记本电脑在两次充电之间的使用时间也就越长。

电池的重量也特别关键。机器越轻,推进或驱动所需的能量就越少。这一点对汽车、无人机以及新兴的电动飞行汽车行业尤其重要。

位于马萨诸塞州的初创公司派立昂技术公司(Pellion Technologies)生产了一种电池,称这种电池的储电量是传统电池组的两倍。该公司上季度就已经开始向客户发货,并计划明年将产量提高10倍。

散落在分离机器上的锂矿石

电池制造商正尝试着使用其它材料作为负极材料来提高能量密度。现在比较常用的是石墨,常常用于制造铅笔芯。研究人员现在正在用硅和金属锂来替代一部分石墨。

伍德麦肯兹公司旗下可再生能源咨询机构GTM Research的储能总监拉维•曼加尼(Ravi Manghani)表示,从石墨转而使用硅时,可以大大减少制造这些负极所需要的材料数量。把它换成金属锂,能量密度将变成原来的两倍或三倍。

派立昂CEO大卫·伊格尔沙姆 (David Eaglesham)透露,该公司的电池只有在充电时才会用到锂金属,这使电池的制造变得安全。

今年年初,该公司的电池开始销售,第一批订单是在今年4月。从那以后,它制造了大约3万个电池,预计明年将增加上万个。

伊格尔沙姆说:“派立昂的电池可以在任何锂离子工厂生产。我们与合作伙伴签订了合同,这促使我们可以扩大产能。”