特斯拉在不斷增長的電動(dòng)汽車行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位 電池技術(shù)是壁壘

據(jù)外媒報(bào)道,特斯拉在不斷增長的電動(dòng)汽車行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位,在很大程度上歸功于其獨(dú)特的電池技術(shù)。全電動(dòng)汽車制造商特斯拉的圓柱電池(cylindrical cells)背后的工程學(xué)原理,就其性能和續(xù)航里程而言,已經(jīng)說明了一切。但據(jù)外媒最近對一位電池技術(shù)研究人員的采訪顯示,有關(guān)特斯拉圓柱電池的一些細(xì)節(jié)特別引人注目。

拉溫德拉·肯巴亞(Ravindra Kempaiah)是伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的一名博士,他的論文主要研究高級(jí)電池材料。在接受外媒節(jié)目主持人兼特斯拉車主肖恩·米切爾(Sean Mitchell)采訪時(shí),肯巴亞解釋了電動(dòng)汽車中的鋰離子技術(shù),以及其在發(fā)展過程中面臨的主要問題。總的來說,最大的挑戰(zhàn)是平衡電池生產(chǎn)中的三個(gè)主要組成部分:能量密度、成本和循環(huán)壽命。增加其中一個(gè)因素的水平將對另一個(gè)因素產(chǎn)生重大影響,人們總是在尋找理想的兼顧方法?？习蛠喺归_了描述,比如說,如果增加能量密度以獲得更長的續(xù)航里程和更低的成本,那么循環(huán)壽命將受到重大影響,而如果增加能量密度和壽命周期,僅電池就可高達(dá)10萬美元。

“我們總是想要實(shí)現(xiàn)更長的續(xù)航里程。我們總是想要更高的循環(huán)壽命。我們希望我們的電池可以使用15到20年,我們希望電動(dòng)汽車的行駛續(xù)航可以達(dá)到800公里,但這些是每個(gè)電池科學(xué)家在過去30年里都在面對的問題,”肯巴亞在采訪中評(píng)論道。

特斯拉與其他電動(dòng)汽車制造商一樣,也在尋求平衡。然而,有一些關(guān)鍵因素似乎使該公司在該行業(yè)保持領(lǐng)先。

不同類型的電動(dòng)汽車電池

首先,特斯拉選擇的圓柱電池使其有別于市場上其他所有電動(dòng)汽車的電池。這種電池提供了驅(qū)動(dòng)性能、靈活性和成本控制等幾個(gè)優(yōu)勢。值得注意的是,另一家美國電動(dòng)汽車企業(yè)Rivian也在使用圓柱形電池,盡管他們的車輛還沒有投產(chǎn)。

在現(xiàn)有的三種電動(dòng)汽車電池,即圓柱形電池、方殼電池和軟包電池中,圓柱形電池的生產(chǎn)是最具成本效益的選擇。換句話說,與其他類型電池相比,圓柱形電池的每千瓦時(shí)成本更低。特斯拉Model S、Model X和Model 3中使用的18650和2170圓柱形電池周圍的金屬外殼分別充當(dāng)支架,為電池提供結(jié)構(gòu)剛性。此外,肯巴亞表示,在高功率的情況下,電池組整個(gè)區(qū)域都存在電流消耗和電力分布,而不是集中在某一區(qū)域。

其次,特斯拉使用液冷式熱管理系統(tǒng)來管理電池溫度,而其他汽車制造商則采用更經(jīng)濟(jì)的空氣冷卻方式。通過調(diào)整電池組的溫度,特斯拉能夠確保電池處于最高效和最優(yōu)的狀態(tài),從而最大限度地延長電池壽命和性能。雖然降低成本是加速電動(dòng)汽車市場增長的一個(gè)重要因素,但特斯拉在熱管理技術(shù)上的投資不會(huì)白費(fèi),那些希望自己的汽車壽命更長及長期可承受性更強(qiáng)的車主自然會(huì)考慮特斯拉的付出及優(yōu)勢。

圖注:上圖展示了高溫高壓對電動(dòng)汽車的影響。如圖中右部所示,特斯拉提示在大約15至40攝氏度之間,則對電池的循環(huán)壽命的延長有益

第三,特斯拉一直在積極尋求限制電池中鈷的使用量,而且,與其他公司相比,Model 3電池已經(jīng)使用了更少的這種元素。鈷及鈷礦資源的匱乏也是需要考慮的一個(gè)問題。因此,特斯拉一直在研究一個(gè)問題,“鈷真的是造電池必需的嗎?”

鈷在電池技術(shù)中被用作陰極,在所有可用的陰極材料中,無論是經(jīng)濟(jì)成本還是社會(huì)成本,鈷的成本都是很高的。目前對電池技術(shù)的共識(shí)是,如采訪中所述,如果沒有鈷,電池的結(jié)構(gòu)完整性和循環(huán)壽命就會(huì)受到損害。然而,肯巴亞引用了一些最近的科學(xué)文獻(xiàn),指出較高的鎳含量降低了鈷對電池的影響,因此可能根本就不需要使用鈷。鎳在全球范圍內(nèi)的供應(yīng)更為廣泛,這降低了鎳的成本,減輕了通常與資源開采作業(yè)相關(guān)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響?？偟膩碚f,米切爾和肯巴亞之間的討論表明,特斯拉可能很快就能實(shí)現(xiàn)無鈷化,從而使其不那么容易受到鈷產(chǎn)業(yè)的影響。

最后,特斯拉非常重視對客戶進(jìn)行正確的電池維護(hù)教育,尤其是關(guān)于不良充電習(xí)慣的負(fù)面影響。具體來說,讓電動(dòng)汽車的電池長時(shí)間處于過充狀態(tài),會(huì)很快使電池退化,而在電動(dòng)汽車行駛到最適合充電的里程數(shù)時(shí),或者說,在電池最適合充電時(shí)對電池充電,則會(huì)使電池壽命更長。特斯拉強(qiáng)調(diào)向客戶傳達(dá)電池健康知識(shí)會(huì)對客戶的整體體驗(yàn)具有重要影響。

當(dāng)米切爾詢問肯巴亞對此事的評(píng)價(jià)和看法時(shí),肯巴亞表示,其他品牌的電動(dòng)汽車制造商在這一點(diǎn)上做得不夠,這歸因于他們的工程團(tuán)隊(duì)和營銷團(tuán)隊(duì)之間的脫節(jié)。雖然所有制造商都向電動(dòng)汽車用戶提供了電池的“最佳使用手冊”,但關(guān)于“不良充電習(xí)慣的真實(shí)影響”的重要性可能沒有得到足夠的強(qiáng)調(diào)。

綜上所述,特斯拉一直在其電動(dòng)汽車上不斷開發(fā)電池技術(shù),而其對電池的特別關(guān)注,似乎讓該公司相對于競爭對手擁有了明顯的優(yōu)勢。也許其他汽車制造商將來也會(huì)從特斯拉那里得到一些啟示。