納米硅線、無(wú)鈷高鎳還是干電極？特斯拉電池日或公布這些新技術(shù)
電動(dòng)知家消息，據(jù)報(bào)道特斯拉正在與寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司（下稱“寧德時(shí)代”）進(jìn)行深入談判，商討在上海超級(jí)工廠的電動(dòng)車中使用無(wú)鈷電池方面事宜。若能達(dá)成，磷酸鐵鋰（LFP）電池將首次被納入特斯拉生產(chǎn)線，有望降低相關(guān)車型的生產(chǎn)成本。
在動(dòng)力電池領(lǐng)域，磷酸鐵鋰電池與三元電池是兩大技術(shù)路線。當(dāng)前電動(dòng)汽車制造商通常在乘用車中***用鎳鈷鋁（NCA）電池和鎳錳鈷（NMC）電池等三元電池。該種電池能量密度更高，且具備更強(qiáng)續(xù)航能力，但其中的鈷元素也是動(dòng)力電池中最昂貴的金屬之一。
消息人士透露，相較三元電池，磷酸鐵鋰電池的生產(chǎn)成本有望“下浮超過兩位數(shù)百分比”。另有消息人士稱，目前尚不清楚特斯拉打算在多大程度上使用磷酸鐵鋰電池，但其并沒有***停止使用目前的鎳鈷鋁電池。
值得關(guān)注的是，***用磷酸鐵鋰電池還將幫助特斯拉首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克實(shí)現(xiàn)在2018年的承諾，即將把特斯拉中鈷的使用量削減至“幾乎為零”。馬斯克在1月份的財(cái)報(bào)會(huì)議上表示，特斯拉將在4月的“電池日”中分享未來的電池戰(zhàn)略和技術(shù)，包括與寧德時(shí)代、LG化學(xué)在電池方面的合作細(xì)節(jié)等。
針對(duì)上述事宜，寧德時(shí)代方面表示，公司“有能力根據(jù)客戶需求提供合適的和有競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案，給客戶帶來價(jià)值”。特斯拉相關(guān)人士回復(fù)證券時(shí)報(bào)稱，特斯拉與寧德時(shí)代有合作協(xié)議屬實(shí)，寧德時(shí)代生產(chǎn)的磷酸鐵鋰電池本身就不含鈷，但該合作是否會(huì)最終落地并未評(píng)論。此外，特斯拉預(yù)計(jì)在4月會(huì)議中宣布自主研發(fā)新電池的成分等具體信息。2月3日，寧德時(shí)代發(fā)布公告稱，公司擬與特斯拉以及特斯拉（上海）有限公司簽訂協(xié)議，向特斯拉供應(yīng)鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)品。供貨有效期限為2020?年7月1日至?2022?年6月30?日。
寧德時(shí)代“無(wú)鈷電池”到底是什么？
據(jù)電動(dòng)知家了解寧德時(shí)代***取的是三元電池為主、磷酸鐵鋰并重的技術(shù)路線。為了提高磷酸鐵鋰電池的密度和安全性，寧德時(shí)代一直在研究電池封裝技術(shù)，以增加電池包的體積利用效率，降低組裝成本。
寧德時(shí)代的“無(wú)鈷電池”到底是什么，簡(jiǎn)單說就是磷酸鐵鋰電池，只不過使用的是寧德時(shí)代的CTP技術(shù)。電動(dòng)知家了解到在去年的德國(guó)法蘭克福國(guó)際車展上，寧德時(shí)代就推出了CTP高集成動(dòng)力電池開發(fā)平臺(tái)（Cell?To?Pack），即省去電池模組，直接將電芯集成到電池包。據(jù)寧德時(shí)代的說法，較傳統(tǒng)電池包，CTP電池包省去了電池模組的組裝環(huán)節(jié)，如此一來，電池包零部件數(shù)量將減少40%，體積利用率提高15%-20%，生產(chǎn)效率提升50%，電池包能量密度提升10%-15%，電池的制造成本會(huì)大幅降低。
CTP技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
對(duì)于CTP技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，國(guó)君證券分析師表示，首先是成本低。CTP電池包本質(zhì)還是磷酸鐵鋰電池，由于不需要鈷金屬，對(duì)比三元鋰電池，成本更低，目前市面磷酸鐵鋰電池售價(jià)0.65元/wh，遠(yuǎn)低于三元電池0.85元/wh，CTP技術(shù)會(huì)促使動(dòng)力電池價(jià)格進(jìn)一步降低。
其次是，安全性好。磷酸鐵鋰電池極少發(fā)生爆炸等事情，被人所知悉的便是，磷酸鐵鋰電池廣泛應(yīng)用于載人數(shù)量較大的大巴車。再次是，提升電池能量密度。與三元電池相比，磷酸鐵鋰電池只有一個(gè)缺點(diǎn)，就是能量密度不足。CTP技術(shù)能夠改善這一缺點(diǎn)，由于電池包生產(chǎn)零部件數(shù)據(jù)的減少，電池的能量密度有望能夠達(dá)到200Wh/Kg。最后是，商業(yè)化應(yīng)用的快速落地。此前，寧德時(shí)代和北汽就已達(dá)成了CTP應(yīng)用的相關(guān)戰(zhàn)略合作。
寧德時(shí)代CPT與比亞迪“刀片電池”對(duì)比
年初，比亞迪董事長(zhǎng)王傳福在中國(guó)汽車百人會(huì)論壇上透露，比亞迪開發(fā)的“刀片電池”將于今年3月首次量產(chǎn)，裝車應(yīng)用于比亞迪的新車型“漢”。至于寧德時(shí)代CTP和比亞迪刀片電池的本質(zhì)區(qū)別，業(yè)內(nèi)動(dòng)力電池專家表示，比亞迪“刀片電池”方案沒有模組，而寧德時(shí)代CTP方案是有模組的，即大模組方案。
根據(jù)比亞迪專利說明書的披露，“刀片電池”是長(zhǎng)電芯方案，將電芯的長(zhǎng)度做到和電池包的寬度差不多，電芯沿著整個(gè)電池包的長(zhǎng)度進(jìn)行順序緊密的排列。能夠根據(jù)車型來設(shè)計(jì)電池的尺寸，像A級(jí)車也能設(shè)計(jì)短的小于0.6m的電芯，寧德時(shí)代CTP方案則是直接由多個(gè)大容量電芯組成標(biāo)準(zhǔn)化電池包，再靈活堆疊組成更大的電池模塊，適應(yīng)不同車款的儲(chǔ)能需要。
值得一提的是，中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高曾把比亞迪“刀片電池”和寧德時(shí)代CTP電池解決方案并稱為2019年“最漂亮”的電池技術(shù)創(chuàng)新。兩者都是在電池系統(tǒng)層面的創(chuàng)新，使得電池包能量密度大幅提升，對(duì)增加車輛續(xù)航里程，提升新能源汽車安全性、降低電池成本等具有重要意義。
1、寧德時(shí)代專利：套筒式連接電池包
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2、比亞迪專利：陣列式組裝電池包
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本文來源于汽車之家車家號(hào)作者，不代表汽車之家的觀點(diǎn)立場(chǎng)。
特斯拉最佳新技術(shù)首次進(jìn)入歐洲
特斯拉的一舉一動(dòng)都會(huì)引起新能源汽車行業(yè)的震動(dòng)，臨近9月22日舉行的特斯拉電池日，馬斯克先在推特上為Battery?Day預(yù)熱并稱將公布大量激動(dòng)人心的消息，板上釘釘是百萬(wàn)英里電池沒跑了。
除此之外，特斯拉也又有新動(dòng)向，路透社報(bào)道稱，目前特斯拉正在與加拿大礦業(yè)公司吉加金屬公司（Giga?Metals）商討如何開發(fā)一座大型礦山，想要購(gòu)買大量低碳鎳金屬。資料顯示，該礦已測(cè)量并顯示儲(chǔ)量為236萬(wàn)噸鎳和14.1萬(wàn)噸鈷。Giga***在20年內(nèi)每年生產(chǎn)4萬(wàn)噸鎳和2000噸鈷。
所以，特斯拉這是想要把雞蛋分散在不同的籃子里嗎？高續(xù)航高成本的電池也要抓，無(wú)鈷電池也要抓。盡管距離電池日還有些時(shí)日，但根據(jù)之前媒體曝出的相關(guān)新聞，我們也可對(duì)這次發(fā)布會(huì)的內(nèi)容略窺一二。
干電極技術(shù)+負(fù)極預(yù)鋰化
2019年，特斯拉相繼收購(gòu)了Maxwell和Hibar兩家公司，Maxwell主要業(yè)務(wù)領(lǐng)域涉及超級(jí)電容器和干電極技術(shù)等，Hibar則是電池制造專家。
Maxwell公司宣稱，干電極技術(shù)未來有望將電池能量密度提升到500Wh/kg。這是一個(gè)什么概念？目前，特斯拉Model?3上的NCA811三元鋰電池，單體能量密度為340Wh/kg，是磷酸鐵鋰電池的二倍（僅從單體電池角度來說，不考慮使用CTP模組后整體電池包）。從技術(shù)層面來看，大概率會(huì)通過負(fù)極預(yù)鋰化來實(shí)現(xiàn)能量密度的提升。
什么是干電極技術(shù)？
傳統(tǒng)的鋰離子正負(fù)極制造是將粘結(jié)劑溶劑（比如60%的PTFE或者NMP溶劑），和導(dǎo)電劑混合成漿料，然后把漿料再涂布在銅箔或鋁箔上，通過烘干把溶劑蒸發(fā)，干電極則是直接將粉末混合壓制在集流體上。
什么是預(yù)鋰化？
簡(jiǎn)單來說，就是為電池提前準(zhǔn)備一些鋰，把電池反應(yīng)過程中損失的一些不必要的鋰補(bǔ)充回來。
電池在首次充放電的時(shí)候，有機(jī)電解液會(huì)在電池負(fù)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成SEI膜，這種鋰離子的消耗是不可逆的，已經(jīng)形成SEI膜的鋰離子只能以SEI膜的形式存在在電池里，無(wú)法再變成鋰離子為電池容量做貢獻(xiàn)。而預(yù)鋰化能有效提升電池容量和循環(huán)壽命。
但所有電池的預(yù)鋰化都能有效提升電池能量密度嗎？并不是。
預(yù)鋰化對(duì)于硅或者硅基材料作為負(fù)極的電池提升效果明顯?，F(xiàn)在廣為使用的石墨負(fù)極不可逆鋰損耗僅為5%～10%，還處在一個(gè)比較能讓人接受的范圍內(nèi)，但如果使用更高容量的負(fù)極材料，鋰損耗的比例會(huì)明顯提升，純硅負(fù)極的首圈循環(huán)效率只有50%——結(jié)合特斯拉此前發(fā)布的硅納米線技術(shù)來看，預(yù)鋰化勢(shì)在必行。
Maxwell的預(yù)鋰化技術(shù)就是將鋰金屬粉末與正極、負(fù)極活性材料混合后壓制成電極，使用粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑代替溶劑，讓負(fù)極材料和鋰粉進(jìn)行混合，直接和集流體合二為一。結(jié)合Maxwell的干電極技術(shù)，簡(jiǎn)直是最佳拍檔。
有人會(huì)問，現(xiàn)在特斯拉不已經(jīng)在負(fù)極材料中摻入了10%的硅材料了嗎，那目前特斯拉***用預(yù)鋰化技術(shù)了嗎？
還沒有。
一個(gè)是因?yàn)樘厮估壳?**用的淺充淺放策略對(duì)電池的影響不大，而Model?3也是通過提升電池容量來提升車輛的續(xù)航里程；再有則是因?yàn)楝F(xiàn)在的負(fù)極補(bǔ)鋰技術(shù)操作復(fù)雜，對(duì)環(huán)境要求高，也直觀的反映在成本更高，無(wú)法產(chǎn)業(yè)化預(yù)鋰技術(shù)
順口提一下Maxwell正在研發(fā)的超級(jí)電容吧，可以在純電車的動(dòng)能回收上起作用。超級(jí)電容器可以看做一個(gè)緊急儲(chǔ)存電量的裝置，耗能要小于把電量回收到電池里。急加速過程中，超級(jí)電容器能夠?qū)崿F(xiàn)大功率放電，避免動(dòng)力電池直接大功率放電產(chǎn)生鋰枝晶，防止對(duì)電池結(jié)構(gòu)造成不可逆的損傷。
硅納米線?
早在前幾日特斯拉發(fā)布電池日海報(bào)時(shí)，就有人看出海報(bào)背景中隱藏的硅納米線。硅負(fù)極材料的理論比容量達(dá)到4200mAh/g，但在實(shí)際應(yīng)用中卻存在著致命缺點(diǎn)——在離子脫嵌過程中硅會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的體積變化，導(dǎo)致負(fù)極結(jié)構(gòu)破壞，電池循環(huán)能力變差。而鋰離子電池的充放電過程都需要鋰離子的脫嵌來完成。
而硅納米線指寬度在10納米左右，縱向長(zhǎng)度無(wú)限制的硅材料。這種結(jié)構(gòu)的線形材料可以通過橫向膨脹釋放體積應(yīng)變帶來的壓力，硅納米線之間的空隙可以容納體積膨脹，防止材料內(nèi)部相互擠壓破碎，影響電池正常運(yùn)行。
特斯拉與Amprius合作開發(fā)了一種新的硅納米線制造工藝：利用涂覆有硅納米涂層的模板，使用cvd工藝直接在基板材料上生長(zhǎng)硅納米線。這一方法同樣適用于在硅納米線上復(fù)合或摻雜其他材料，以增強(qiáng)其導(dǎo)電性和強(qiáng)度。
特斯拉將硅納米線直接放在海報(bào)上，說明這次電池日發(fā)布會(huì)上硅納米線必然具有重要意義。極有可能特斯拉之前預(yù)告的百萬(wàn)英里電池將應(yīng)用該技術(shù)，或者這一技術(shù)將關(guān)系到特斯拉電池的未來發(fā)展。
無(wú)鈷/高鎳電池?
特斯拉與寧德時(shí)代合作的消息已經(jīng)是廣為人知，這也更加確信了寧德時(shí)代在磷酸鐵鋰電池方面的成就有可能為特斯拉所用——磷酸鐵鋰電池，不就是無(wú)鈷電池的另一種說法嗎？但這里我們按下不表，畢竟特斯拉官方也曾表示過，無(wú)鈷不一定是磷酸鐵鋰。
馬斯克一直都是無(wú)鈷電池的堅(jiān)定擁護(hù)者，2018年他就表示未來特斯拉的動(dòng)力電池鈷含量會(huì)降到0，實(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)鈷。鈷作為稀缺金屬，產(chǎn)量少且分布不均，又會(huì)增加電池成本，無(wú)鈷電池的出現(xiàn)勢(shì)必會(huì)對(duì)當(dāng)今的電池體系和新能源產(chǎn)業(yè)帶來翻天覆地的變化。
去鈷到底難在哪？
以現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的NCM電池為例，鋰離子在正極材料的脫嵌過程中，很容易影響正極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而鈷的加入可以穩(wěn)定正極材料的層狀結(jié)構(gòu)，并提高材料的循環(huán)和倍率性能，這也是去鈷化的難點(diǎn)之一。
而特斯拉合作伙伴杰夫·達(dá)恩團(tuán)隊(duì)主要是通過單晶材料的突破、電解液添加劑和提高鎳含量來實(shí)現(xiàn)降鈷，這也和前文提到的特斯拉***開發(fā)礦山的***不謀而合。研究結(jié)果顯示，在高鎳含量的NCA電池體系中（也就是特斯拉Model?3***用的電池種類），鈷的作用并非不可代替，加入鋁、錳和鎂等金屬，某種程度上也同樣能起到這種作用。因此，特斯拉大概率***用新型高鎳正極材料來實(shí)現(xiàn)馬斯克的無(wú)鈷夢(mèng)。
百萬(wàn)英里電?
預(yù)鋰化、干電極、納米線這些技術(shù)名詞距離我們太過遙遠(yuǎn)，百萬(wàn)英里電池的發(fā)布才是重頭戲。
自特斯拉公布百萬(wàn)英里電池的消息以來便受到了廣泛關(guān)注，各大媒體將特斯拉和其合作伙伴的近幾年的專利全部翻出來，上述技術(shù)陸續(xù)進(jìn)入大眾視野。除了“單晶鎳鈷鋁電池技術(shù)”有資料顯示極有可能實(shí)裝在新電池上，其他技術(shù)是否實(shí)裝我們還需等到電池日那天才能得知。
但對(duì)于消費(fèi)者來說，所有未實(shí)裝的技術(shù)都是噱頭，如果百萬(wàn)英里電池真的能達(dá)到此前預(yù)告的性能，總續(xù)航里程有望超過100萬(wàn)英里，大約160萬(wàn)公里，4000次充放電循環(huán)后，新電池的容量仍為90%，寬溫范圍下充放電循環(huán)次數(shù)還能提升到6000次以上，預(yù)計(jì)會(huì)有不少消費(fèi)者為之買單。
上述的這些技術(shù)都會(huì)顯著的提高特斯拉電池的性能，那么具體會(huì)哪項(xiàng)技術(shù)被特斯拉***用呢，9月22日，讓我們拭目以待吧！
本文來源于汽車之家車家號(hào)作者，不代表汽車之家的觀點(diǎn)立場(chǎng)。
你會(huì)錯(cuò)的。
特斯拉首席執(zhí)行官埃隆馬斯克(Elon Musk)最近在推特上宣布，他的公司在德國(guó)的Giga Berlin工廠將是第一個(gè)對(duì)平價(jià)特斯拉Model Y跨界車進(jìn)行一些重大更新的項(xiàng)目，包括改進(jìn)的新工廠涂裝系統(tǒng)、前后車身鑄件以及新的更大的電池單元尺寸。
柏林將***用4680電池，帶結(jié)構(gòu)電池組，前后單片鑄件。此外，新的油漆系統(tǒng)。
許多新技術(shù)將在柏林發(fā)生，這意味著巨大的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。在新技術(shù)被證明后，弗里蒙特和上海將在2年左右的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行過渡。
這些更大的電池單元(編號(hào)4680)是帕洛阿爾托電動(dòng)汽車制造商的一項(xiàng)重大突破。它們非常容易緊密包裝，這意味著單位體積的能量密度更高，因此它們比特斯拉現(xiàn)有的2170電池目前所能達(dá)到的重量更輕，容量更大。
馬斯克在推特上表示，這些單元，以及新的油漆系統(tǒng)和整體框架鑄造“意味著巨大的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)”?！霸谛录夹g(shù)得到驗(yàn)證后，弗里蒙特和上海將在大約2年內(nèi)完成過渡。”換句話說，如果新技術(shù)給Giga Berlin帶來了重大問題，導(dǎo)致其在解決問題時(shí)無(wú)法生產(chǎn)汽車，那么特斯拉希望能夠依靠其在美國(guó)和中國(guó)建立的工廠來維持生產(chǎn)流程。
這是一個(gè)不錯(cuò)的策略，盡管我們不得不懷疑美國(guó)的特斯拉粉絲會(huì)如何接受。盡管存在一些證據(jù)確鑿的質(zhì)量控制問題，但他們將繼續(xù)保護(hù)公司免受攻擊。特斯拉Model 3與油漆關(guān)系強(qiáng)硬；汽車似乎總想脫外套，尤其是沿著門檻和車門底部。
當(dāng)然，美國(guó)這里的“嘗鮮者”肯定希望成為第一批接觸到特斯拉新4680電池的人之一，不說別的也會(huì)吹牛。我們想他們只能等待。
百萬(wàn)購(gòu)車補(bǔ)貼
標(biāo)簽： #特斯拉
