如果您認(rèn)為電動汽車價格過高、充電速度太慢且續(xù)航里程不夠長，那么我有好消息要告訴您。電動汽車電池將會越來越好——您甚至無需等待像固態(tài)技術(shù)這樣的圣杯式突破（holy-grail breakthrough，指在某領(lǐng)域取得重大突破）。
“鋰離子和鋰鐵磷酸鹽——這些電池在能量密度和性能方面確實證明了其價值，我認(rèn)為我們才剛剛開始這一進(jìn)程，”特斯拉車輛工程副總裁拉斯·莫拉維（Lars Moravy）在7月27日舉行的“X 收購”活動中接受采訪時說道。鋰鐵磷酸鹽是鋰離子電池的一種成本較低的化學(xué)物質(zhì)。“我仍然認(rèn)為在微化學(xué)和這些形式因素方面還有很大的改進(jìn)空間，”他對觀眾說道。
我們從電池領(lǐng)域的其他專家那里也聽到了類似的觀點——盡管某些未來具有顛覆性的重大進(jìn)展極具吸引力，能夠一次性解決所有問題，但目前基于幾十年來存在的鋰離子框架所取得的進(jìn)展同樣十分顯著。通過調(diào)整原材料的比例、電池的設(shè)計甚至其形狀，電池制造商能夠在充電功率、能量密度、成本等方面實現(xiàn)新的突破。
拉斯·莫拉維是由1000多名工程師、技術(shù)人員和分析師組成的團(tuán)隊的首席工程師和技術(shù)主管，負(fù)責(zé)所有特斯拉汽車硬件設(shè)計車輛（車身、內(nèi)飾、外觀、照明、底盤、電池結(jié)構(gòu)、熱管理等）、測試和驗證、開發(fā)、發(fā)射、自動化、制造和維持、測試和驗證以及所有支持PLM和工程工具。
固態(tài)電池商業(yè)化面臨挑戰(zhàn)
大眾集團(tuán)宣布，近期向加利福尼亞的電池初創(chuàng)固態(tài)電池企業(yè)Quantumscape投資超過2.6億美元，其中1.31億美元將用于在圣何塞建立一個試點生產(chǎn)線。QuantumScape 在固態(tài)技術(shù)方面取得了令人矚目的突破，目標(biāo)是在 2025年實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。
傳統(tǒng)的鋰離子電池使用液態(tài)化學(xué)物質(zhì)作為電解質(zhì)，以促進(jìn)充電和放電過程中的離子移動。而固態(tài)電池則摒棄了這一做法，改用固態(tài)電解質(zhì)，這種電解質(zhì)通常由聚合物、硫化物、氧化物或陶瓷類材料制成。
固態(tài)電池的能量密度理論上可能比傳統(tǒng)鋰離子電池高出 2 至 3 倍，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更長的續(xù)航里程。例如，配備固態(tài)電池的車輛單次充電可行駛超過 500 英里，這是包括大眾和福特電動汽車在內(nèi)的多家汽車制造商都渴望達(dá)成的目標(biāo)。
由于沒有液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電池消除了泄漏的風(fēng)險，并降低了電池起火的可能性。這使得固態(tài)電池本身更加安全，這一點對于消費者和制造商來說都是至關(guān)重要的考量因素。
固態(tài)電池能夠承受更大的電流，這使得快速充電不僅成為可能，而且也變得切實可行。這類電池通常具有更長的使用壽命，并且在無需進(jìn)行重大維護(hù)的情況下能夠承受更多的充電循環(huán)，從而在車輛的整個使用周期內(nèi)提供更高的性價比。
不過，目前這種固態(tài)電池電池能量密度為每千克 305 瓦時，僅比鋰離子電池略高一些，后者的能量密度在每千克 200 至 300 瓦時之間。該公司表示，如今續(xù)航里程為 350 英里的電動汽車若使用 QSE-5 電池，續(xù)航里程可達(dá)到 400 至 500 英里——不過這個數(shù)字會因電池組的容量而有所不同。
公司一直是這一領(lǐng)域的先驅(qū)，投入大量資金進(jìn)行固態(tài)電池的研究，并計劃在 2025 年展示一款由固態(tài)電池驅(qū)動的原型車。
三星 SDI 和 LG 化學(xué)公司也正在投入資金研發(fā)這項技術(shù)，因為他們看到了其在電動汽車市場占據(jù)主導(dǎo)地位的巨大潛力。
換句話說，固態(tài)技術(shù)有望消除標(biāo)準(zhǔn)的液體電解質(zhì)，并解決當(dāng)今電池的幾乎所有缺陷，這確實很酷。但它并非無所不能。
目前，固態(tài)電池的生產(chǎn)成本高于傳統(tǒng)電池，主要原因是制造固態(tài)電解質(zhì)的過程較為復(fù)雜。另外，尋找既具備穩(wěn)定性又具有高導(dǎo)電性且成本具有競爭力的材料仍然頗具挑戰(zhàn)性。而且電池創(chuàng)新仍在不斷涌現(xiàn)。例如，麻省理工科技評論的研究人員強(qiáng)調(diào)了使用硫化物基電解質(zhì)方面的突破性進(jìn)展，這些進(jìn)展有望降低成本并提高性能。
液態(tài)電池仍有發(fā)展空間
通用汽車和福特正在努力開發(fā)富含鋰錳（LMR）的電池，作為低成本的磷酸鐵鋰（LFP）電池的替代品，后者在中國的供應(yīng)鏈中占據(jù)主導(dǎo)地位。Lucid汽車公司最近推出了Gravity車型，其由松下制造的 2170 電池幫助其在充電僅 10.9 分鐘的情況下增加了 200 英里的續(xù)航里程，這在美國創(chuàng)下了新的紀(jì)錄。
中國最大的電動汽車制造商比亞迪今年引起了轟動，它宣布其車輛能夠支持此前難以想象的 1000 千瓦的充電功率。
莫拉維說，鋰離子電池技術(shù)每年都在穩(wěn)步改進(jìn)，他預(yù)計這一趨勢將繼續(xù)下去。（他估計能量密度和充電速度每年大約有 3%的提升。）為了證明這一點，只需看看特斯拉自己的規(guī)格隨著時間的推移是如何不斷提高的。2012 年頂級的 Model S 轎車一次充電可行駛 265 英里。如今的版本比這個數(shù)字多了約 150 英里，充電速度也快得多，而且在未考慮通貨膨脹的情況下成本更低。
莫拉維說，特斯拉每隔幾年就會將其各種電池設(shè)施更換為改進(jìn)后的電池設(shè)計，并補(bǔ)充說，該公司最近從其兩家供應(yīng)商——寧德時代和 LG 獲得了新的電池。他稱這些電池在電解質(zhì)、電極、制造工藝和包裝方面都有一系列“漸進(jìn)式改進(jìn)”。
“我認(rèn)為這種情況將會持續(xù)很長時間，而且我們還會在車輛所使用的電池上取得更多改進(jìn)。”他說道。特斯拉從 LG、松下和 寧德時代等供應(yīng)商那里采購電池，同時還會自行設(shè)計電池用于。
莫拉維預(yù)計，其內(nèi)部設(shè)計的電池以及從供應(yīng)商處采購的電池都將實現(xiàn)持續(xù)性能提升。但他也會關(guān)注未來的技術(shù)發(fā)展。從豐田到梅賽德斯-奔馳等汽車制造商多年來一直在投資固態(tài)電池技術(shù)，許多公司都計劃在本十年末實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。
“這并不意味著我們就不關(guān)注固態(tài)電池、超級電容器以及其他可能提供其他能源替代方案的技術(shù)了，”莫拉維說。