在9月的特斯拉公司(Tesla Inc.)备受hoo病的电池日活动中,首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)为自己设定了一个雄心勃勃的目标:在三年内生产25,000美元的电动汽车。达到这个标价-比今天最便宜的型号便宜约13,000美元-被视为提供真正的大众市场产品的关键。到达那里意味着在技术上寻求新的节省,最重要的是,电池可构成车辆成本的三分之一。马斯克说,创新和内部制造可以将费用快速减少一半,而大多数竞争对手则认为,与汽油耗材达到平价的道路比较缓慢。

1.电动汽车电池为何如此昂贵?

很大程度上是因为它们中包含什么。电动汽车使用与笔记本电脑或手机中相同的可充电锂离子电池,它们的体积要大得多,以使它们能够提供更多的能量。每个电池中最昂贵的组件是阴极,阴极是存储和释放电荷的两个电极之一。这是因为阴极中用于填充更多能量的材料通常很昂贵:钴,镍,锂和锰等金属。它们需要被开采,加工并转化为高纯度的化学化合物。

2.我们在说多少?

以当前的速度和电池组尺寸计算,典型电动汽车的平均电池成本约为7,350美元。据彭博社报道,这一数字下降了很多,在过去十年中达到了87%。但是,平均每包电价为每千瓦时156美元(2010年约为1,183美元​​),仍高于100美元的门槛,在该门槛上,电动汽车的成本应与带有内燃机的汽车相匹配。这将有助于引发大规模采用。

3.电池如何便宜?

BNEF的预测显示,成本预计不会保持如此快的下降速度,但锂离子电池组有望在2024年之前降至每千瓦时93美元。为了达到这一目标,制造商的重点之一是用镍代替高成本的钴。这样做有双重好处:镍更便宜,并且还拥有更多的能量,从而使制造商能够减少所需的体积。另一方面,钴的优点是它不容易过热或着火,这意味着制造商在使用替代品时需要进行安全调整。日本松下公司计划在两到三年内将无钴版本的高能电池商业化。其他供应商已经生产了能量较低的供应商。还需要注意电池组,通常类似于超大号手提箱,里面装有成排的单个电池。简化设计,

4.谁是最大的制造商?

亚洲主导锂离子电池的制造,占现有产能的80%以上。其中大部分可能在中国。Wood Mackenzie Ltd.的数据显示,欧洲正在建立新工厂,并将于2021年开始在电池制造方面超过北美。总体而言,中国公司Contemporary Amperex Technology Co.Ltd(CATL)在2019年的出货量最高,其中包括用于动力的电池网格和存储系统。在松下去年领导的汽车制造商竞争中,这是一个比较狭窄的领域。SNE Research的数据显示,韩国的LG Chem Ltd.在2020年取得了突飞猛进的发展,在前八个月占据了大约四分之一的市场。特斯拉和松下的合资企业是美国最大的电池生产商。新兴的生产商包括由前特斯拉高管在瑞典成立的Northvolt AB。

5.所有的EV电池都一样吗?

自1991年索尼公司将锂离子技术商业化以来,锂离子技术一直占据着充电电池领域的主导地位。寿命,功率,重量和成本方面的改进已帮助锂离子电池组件从便携式摄像机跃升为SUV,公共汽车和渡轮。尽管锂离子电池与所有电池一样具有相同的基本组成:两个电极-阴极和阳极-以及有助于在它们之间传递电荷的电解质,但是所用材料有所不同,这是实现这一点的关键他们持有的能量数量。电网存储系统或短距离行驶的车辆可以使用结合了锂,铁和磷酸盐的便宜且功能较弱的阴极化学物质。对于性能更高的汽车,汽车制造商倾向于使用能量密度更高的材料,例如锂镍锰钴氧化物或锂镍钴铝氧化物。进一步的改进正在寻求改善续航里程-车辆在充电前可以行驶多远-以及充电速度,同时还要平衡耐火性等因素。最近的电池起火和车辆召回事件突出了安全问题。

6.还能如何降低成本?

有制造过程本身和所需的机械。特斯拉已经委托制造了有史以来最大的铸造机,该铸造机将汽车的整个后部作为单个压铸铝件生产。将电池与车辆底盘集成在一起也可以减少所用材料的体积。电动马达-占汽车成本的十分之一-在未来几年内应便宜约5%,同时改善在电池,马达和车轮之间传递动力的材料和电子设备,BNEF说。

7.中国处于领先地位吗?

是的,几乎在各个方面都存在,但有一些关键的例外。尽管锂本身主要在澳大利亚,刚果民主共和国和智利开采,但在将锂,钴和其他原材料转化为电池成分的化学精炼中,中国约占80%。BNEF数据显示,中国还主导着制造电池部件的过程,包括阴极,阳极,电解质溶液和隔板的容量。但是,在先进的半导体设计和软件方面,中国面临着罕见的挑战,随着汽车的互联程度和自主性的提高,组件变得越来越重要。智囊机构中国电动汽车100强公司称,只有不到5%的汽车芯片是中国制造的。例如,

8.成本是唯一障碍吗?

练习场仍然存在问题。虽然最昂贵的电动汽车在充值前可以行驶400英里(640公里)或更长,但考虑到更多主流车型的消费者仍担心他们需要多久充电一次。汽车制造商和政府已经直接参与了公共充电基础设施的推出,意识到有必要减轻对在旅途中找不到电动泵的担忧。从中国到德国再到加拿大的国家都在建设充电站,作为应对冠状病毒引起的经济衰退的刺激措施的一部分。数以百万计的设备已安装在高速公路,郊区和购物中心停车场,但分布不均-美国超过四分之一的公共连接器都位于加利福尼亚的一个州-并非所有充电器都兼容每个电动汽车模型。

9.指日可待?

到本世纪末,可以看到从实验室到生产线的一系列创新。总部位于加利福尼亚的Sila Nanotechnologies Inc.正在向电池阳极添加硅,以代替石墨,以使单次充电的时间至少延长20%。丰田汽车公司和包括QuantumScape Corp.在内的美国初创公司都在争夺固态锂离子电池的商业化地位,该技术彻底改变了电池的结构,以取代可燃液体,从而可以用陶瓷,玻璃或聚合物进行充电和放电。提倡者声称,这是一项进步,可以提高储能,降低成本,提高安全性并减少充电时间。CATL准备生产可使用16年200万公里(124万英里)的超长寿命电池-目前,典型的电池保修期约为150,000英里或8年。这意味着单个包可以部署在多辆车中或用于多个不同的任务。随着早期的电动汽车退役,还有一个快速发展的行业,其目的是将电池重新用于不太费力的任务或回收其中的金属。