最近一段时间,特斯拉,作为电动车行业的领导者,他的电池时不时会爆出一些爆炸性的新闻。为什么都过了这么多年了,电动车电池的性能和安全性都一直以来都不见起色?



电池技术无法商业化

在过去数年中,有无数的电池技术研究取得突破性的进展,但是这些当中,鲜少能够被商业所使用,兑现低成本和多容量的承诺。比如成立于2001年的锂离子电池初创公司A123 Systems,曾宣称,能将锂离子电池的磷酸锂铁正极材料制造成均匀的纳米级超小颗粒,因颗粒和总表面面积剧增而大幅提电池的放电功率,而且,整体稳定度和循环寿命皆未受影响。但最终于 2012 年以失败告终。原因是,不能够量产它所描述的那些锂电池,也不能安全有效地转换电能。

2012 年,位于美国加州的电池公司 Envia Systems 在华盛顿的一个会议上宣称,研发出能量密集型电池,单位重量的锂电池储存能量是目前电池的两倍,而且成本降低一半。通用汽车一听说这个消息,马上向其投资了 700 万美元,希望在电动车业务上进行合作。而这也使他收到的总投资金额达到了2,730万美金。然而,到了 2013 年,Envia 都没有兑现它所宣称的"惊人效果"。历史告诉我们,并不是所有的理论和技术都能商业化。

 

大公司的小进步

事实上,在电池行业中,由于电池技术的高门槛,初创公司难以单独存活。因此,电池产业一般都是由大公司主导。 能量储存是一个"大厂"玩的游戏,因为在研发电池中稍有不慎将会铸成错误。虽然大家都希望电池初创公司能取得成功,但通过这几年的历史,这些公司的下场都不太好。

在过去的十年里,我们见证了电池产业"突破性"的进展,但是这些都是来自大公司的一些稳定小进步。

Envia 的电池是一种新型的锂离子电池,发明于 70 年代末、80 年代初,商业运用于 90 年代。它们变成一种可携式电池,被人们用于电动车上。早在 90 年代,通用汽车在其电动车 EV-1 上使用廉价的铅酸蓄电池,不仅车辆行驶的里程数较少,车上的铅酸蓄电池也十分笨重。到了 2008 年,特斯拉引进锂离子电池的电动车,虽然里程数比 EV-1 多了,但是价格昂贵。于是,有汽车制造商,如日产汽车和通用汽车,为了降低价格,打造出里程数少的电动车,其实主要是减少电动车的锂离子电池。


电池技术知之甚少

如果改变了电池中的某一部分,比如引进一个新电极,所带来的的问题是难以预见的。有些问题甚至需要几年时间才能检测到。当年,为了达到投资者和 ARPA-E 的期望,Envia 融合了两种实验性的电极材料进行研发。 (其实,Envia 还是蛮拼的, 只不过,事情的结果就这样罢了)在2006 年,Envia 授权阿贡国家实验室ANL 的研究人员研发一种很有前景的电池材料,但是,一个严重的问题出现了:随着时间的推移,电池的电压改变后,它就无法使用了。

尽管 ANL 的研究人员深入研究这个问题,但原因仍无法得知。除了这个,Envia 还面临一个挑战:基于矽的电池电极问题。研究人员提出一套无法应用到实际操作的解决方案,其实等于没有解决方案。

随着时间的进展,Envia 又发现,电池中复合材料的微小变化都会改变整个电池的性能。最后,Envia 不得不宣布研发失败,无法达到之前的承诺。他们把失败的原因归咎于电池材料供应商中有某些污染材料。当然,这个污染来自哪里、是什么,似乎也没有人知道。

 
电池的进展不一定来自技术

其实,Envia 的故事告诉大家,电池的进展包括性能与成本,不是来自突破性技术,而是来自像特斯拉这样的车企与其电池供应商,比如松下 之间的密切合作关系。自从 2008 年以来,特斯拉的电池成本降低一半,电容量增加 60%。特斯拉并没有刻意去改变电池的化学或者材料,而是提高制造效率和改进生产。还与松下一起,根据汽车的需求,进行了适当的电池最佳化设计。

我们很难想像特斯拉在锂离子电池上进行微调整而获得了多大的发展,因为锂离子电池的进步空间并不十分广阔。或许到最终需要像 Envia 这样彻底改变,才能获取电池的跨越性进步。不过,至少 Envia 告诉我们,提高电池性能必须要密切结合制造业和工程技术,要生产实际使用的产品。

虽然以上内容看似在回顾 Envia 的历史,但是这也是电池发展的一个缩影。近二十多年来,科技飞速发展。计算机从真空管元件时代演变成今天的超大规模集成电路,往日笨拙巨大的计算机如今小到能装进我们的口袋中,但电池,迟迟不能跟上发展的步伐。