特斯拉在不断增长的电动汽车行业占据主导地位 电池技术是壁垒

据外媒报道,特斯拉在不断增长的电动汽车行业占据主导地位,在很大程度上归功于其独特的电池技术。全电动汽车制造商特斯拉的圆柱电池(cylindrical cells)背后的工程学原理,就其性能和续航里程而言,已经说明了一切。但据外媒最近对一位电池技术研究人员的采访显示,有关特斯拉圆柱电池的一些细节特别引人注目。

拉温德拉·肯巴亚(Ravindra Kempaiah)是伊利诺伊大学芝加哥分校的一名博士,他的论文主要研究高级电池材料。在接受外媒节目主持人兼特斯拉车主肖恩·米切尔(Sean Mitchell)采访时,肯巴亚解释了电动汽车中的锂离子技术,以及其在发展过程中面临的主要问题。总的来说,最大的挑战是平衡电池生产中的三个主要组成部分:能量密度、成本和循环寿命。增加其中一个因素的水平将对另一个因素产生重大影响,人们总是在寻找理想的兼顾方法。肯巴亚展开了描述,比如说,如果增加能量密度以获得更长的续航里程和更低的成本,那么循环寿命将受到重大影响,而如果增加能量密度和寿命周期,仅电池就可高达10万美元。

“我们总是想要实现更长的续航里程。我们总是想要更高的循环寿命。我们希望我们的电池可以使用15到20年,我们希望电动汽车的行驶续航可以达到800公里,但这些是每个电池科学家在过去30年里都在面对的问题,”肯巴亚在采访中评论道。

特斯拉与其他电动汽车制造商一样,也在寻求平衡。然而,有一些关键因素似乎使该公司在该行业保持领先。

不同类型的电动汽车电池

首先,特斯拉选择的圆柱电池使其有别于市场上其他所有电动汽车的电池。这种电池提供了驱动性能、灵活性和成本控制等几个优势。值得注意的是,另一家美国电动汽车企业Rivian也在使用圆柱形电池,尽管他们的车辆还没有投产。

在现有的三种电动汽车电池,即圆柱形电池、方壳电池和软包电池中,圆柱形电池的生产是最具成本效益的选择。换句话说,与其他类型电池相比,圆柱形电池的每千瓦时成本更低。特斯拉Model S、Model X和Model 3中使用的18650和2170圆柱形电池周围的金属外壳分别充当支架,为电池提供结构刚性。此外,肯巴亚表示,在高功率的情况下,电池组整个区域都存在电流消耗和电力分布,而不是集中在某一区域。

其次,特斯拉使用液冷式热管理系统来管理电池温度,而其他汽车制造商则采用更经济的空气冷却方式。通过调整电池组的温度,特斯拉能够确保电池处于最高效和最优的状态,从而最大限度地延长电池寿命和性能。虽然降低成本是加速电动汽车市场增长的一个重要因素,但特斯拉在热管理技术上的投资不会白费,那些希望自己的汽车寿命更长及长期可承受性更强的车主自然会考虑特斯拉的付出及优势。

图注:上图展示了高温高压对电动汽车的影响。如图中右部所示,特斯拉提示在大约15至40摄氏度之间,则对电池的循环寿命的延长有益

第三,特斯拉一直在积极寻求限制电池中钴的使用量,而且,与其他公司相比,Model 3电池已经使用了更少的这种元素。钴及钴矿资源的匮乏也是需要考虑的一个问题。因此,特斯拉一直在研究一个问题,“钴真的是造电池必需的吗?”

钴在电池技术中被用作阴极,在所有可用的阴极材料中,无论是经济成本还是社会成本,钴的成本都是很高的。目前对电池技术的共识是,如采访中所述,如果没有钴,电池的结构完整性和循环寿命就会受到损害。然而,肯巴亚引用了一些最近的科学文献,指出较高的镍含量降低了钴对电池的影响,因此可能根本就不需要使用钴。镍在全球范围内的供应更为广泛,这降低了镍的成本,减轻了通常与资源开采作业相关的社会经济影响。总的来说,米切尔和肯巴亚之间的讨论表明,特斯拉可能很快就能实现无钴化,从而使其不那么容易受到钴产业的影响。

最后,特斯拉非常重视对客户进行正确的电池维护教育,尤其是关于不良充电习惯的负面影响。具体来说,让电动汽车的电池长时间处于过充状态,会很快使电池退化,而在电动汽车行驶到最适合充电的里程数时,或者说,在电池最适合充电时对电池充电,则会使电池寿命更长。特斯拉强调向客户传达电池健康知识会对客户的整体体验具有重要影响。

当米切尔询问肯巴亚对此事的评价和看法时,肯巴亚表示,其他品牌的电动汽车制造商在这一点上做得不够,这归因于他们的工程团队和营销团队之间的脱节。虽然所有制造商都向电动汽车用户提供了电池的“最佳使用手册”,但关于“不良充电习惯的真实影响”的重要性可能没有得到足够的强调。

综上所述,特斯拉一直在其电动汽车上不断开发电池技术,而其对电池的特别关注,似乎让该公司相对于竞争对手拥有了明显的优势。也许其他汽车制造商将来也会从特斯拉那里得到一些启示。