八因素浅析动力电池

  在特斯拉去年广为宣传的电池日上，首席执行官埃隆马斯克为自己设定了一个雄心勃勃的目标：到2023年生产一款价值25000美元的电动汽车，比该公司最便宜的车型便宜约15000美元。这一目标被视为真正成为大众市场产品的关键，此外，实现这一目标意味着在不降低安全性的情况下找到节省技术的新方法——核心关键是电池只占整车成本的三分之一。除了马斯克，包括丰田汽车公司和大众汽车在内的传统汽车制造巨头也在这场竞争中投入了数百亿美元。

  为了回答这样的一个问题，我们主要分析电池中的成分。电动汽车使用与笔记本电脑或手机相同的可充电锂离子电池，但体积要大得多。通过将电池组合成类似于大型行李箱的电池组，它们能提供更多的能量。每个电池中最昂贵的组件是阴极，它是储存和释放电能的两个电极之一。用于在阴极中储存更多能量的材料通常很昂贵，例如钴、镍、锂和锰等金属。它们需要被开采、加工并转化为高纯度化合物。

  根据目前的费率和电池组大小，一辆典型电动汽车的平均电池成本约为6300美元（约40700块钱）。根据美国媒体彭博社NEF的数据，电池组的价格下降了很多，在过去的十年里下降了89%。然而，每千瓦时137美元（2010年约1191美元）的行业平均价格仍高于内燃机车辆每单位100美元的门槛。预计这一差距不会很快缩小，尽管内燃机车原材料价格的上涨不会有多大帮助。然而，根据彭博社NEF的预测，锂离子电池组预计到2024年将降至92美元千瓦时，到2030年将降至58美元千瓦时。

  昂贵的材料是制造商主要关心的问题，尤其是钴。一种选择是用镍代替金属，因为镍更便宜，可以储存更多的能量。然而，这有必要进行安全调整，因为钴的优点是不会过热或容易着火。另一项倡议是使用完全无钴的替代品，如低成本磷酸铁锂电池（因其性能差而受到嘲笑），但随着设计的改进，它获得了新的青睐。新的简化电池组设计还将为一系列车辆使用标准化产品，而不是为每个车型定制电池组，从而带来额外的节约。

  目前常用的锂离子电池，无论是商用储能设备、汽车还是智能手机，如果在生产的全部过程中存在质量缺陷、事故中损坏或软件设计不当，都有几率存在火灾风险。尽管事故率不高，但在全球发展中的电动汽车行业中，这仍然是一个巨大的挑战和公众的质疑。从特斯拉发生的更多自燃闹剧到最近威莱发生的最新es8火灾事件，都凸显了问题的严重性。但特斯拉坚称，这是一次电池组设计模型有缺陷的事故，故意过分关注。据国外新闻媒体报道，从2012年到2020年，特斯拉每2.05亿英里（3.3亿公里）就会发生一次火灾，而传统的内燃机车每1900万英里（3058万公里）。

  亚洲主导着锂离子电池的制造地位，占现有全球产能的80%以上。中国动力电池头制造企业--宁德次（catl）在2020年的出货量最高，占据了近四分之一的市场占有率。截至今年9月，该公司已将其一马当先的优势扩大到30%，其次是韩国的LG energy solution和日本的松下。特斯拉。它是美国最大的电池制造商。新兴制造商包括瑞典的northvolt AB（由前特斯拉高管创建）和国轩高科技。

  组件是相同的：两个电极——阴极和正极，以及负责电荷转移的电解液。然而，使用的材料非常不同，这是电池能容纳多少能量的关键。一般来说，商用存储系统或短距离车辆能够正常的使用更便宜、更弱的阴极化学品（与锂、铁和磷酸盐结合）。然而，对于高性能汽车，汽车制造商更喜欢能源密集型材料，如锂镍锰钴氧化物或锂镍钴铝氧化物。寻求进一步的改进，以增加续航里程（车辆单次充电可行驶更远）和充电速度。

  这是一个肯定的答案，几乎涵盖了所有方面。中国负责将锂、钴和其他原材料转化为电池原材料的化学精炼过程的80%，尽管金属本身主要在澳大利亚、刚果民主共和国和智利开采根据419的数据，中国还主导着四个关键电池模块（阴极、阳极、电解液和隔膜）的加工能力，每个模块的生产能力占世界总生产能力的一半以上。

  最令人期待的是固态电池的出现，通过用陶瓷、玻璃或聚合物替代易燃液体，极大地提高了性能。据微软创始人比尔.盖茨投资的QuantumScape Corp.称，该公司在这一领域取得了创新性突破，可将汽车里程增加50%，该技术最早可在2026年应用。此外，另一个行业重点是使用石墨添加更多硅，或使用锂金属来修饰电池阳极。这一改进甚至有可能使小型载人飞机更强大。在中国，宁德时报和其他公司也计划在某些特定应用领域取代锂，或将其与更便宜的钠离子技术相结合。

  ■ 9月27-28日，2021首届废旧锂电池回收技术交流会暨废旧电池回收工艺培训将在天津举行。

  ■ 此次培训内容为“废旧电池评估，废旧电池运输及储存，废旧电池拆解及预处理工艺，废旧电池回收国家标准解读”。参与企业涵盖国内新能源汽车主机厂、电池企业、动力电池回收服务网点、废旧电池回收预处理企业、废旧电池回收综合利用企业、设备制造、检验测试的机构等企业从事废旧电池评估、仓储管理、回收工艺的高管、经理及操作工程师。

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