《特斯拉如何备战下一代动力电池?》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-08-13
  • 虽然Maxwell主要以生产超级电容器而闻名,但业内认为特斯拉对Maxwell用于锂离子电池的新型干电极技术更感兴趣。

    特斯拉的成功得益于其先进的动力电池技术,目前其电池技术又获得了新的突破。

    外媒报道称,特斯拉电池专家Jeff Dahn(杰夫达恩)及其团队发布研究报告称,他们与合作伙伴开发出了一种比固态电池能量密度更高且更稳定的新型锂电池,这或许将改变下一代动力电池技术的发展路线。

    该技术报告的全称为:LiDFOB/LiBF4液态电解质无阳极锂金属电池研究报告。其中核心的信息显示,此前很多研究对于下一阶段的锂金属电池不看好,认为电池中使用的传统液态电解质必须由固态电解质代替,以保持长期稳定循环所需的寿命和高能量密度。

    报告显示,实现锂金属负极的另一个潜在途径是使用固态电解质,这被许多研究认为是未来最可行的技术手段。但目前固态电解质在多次充放电后无法实现稳定无枝晶的状态(稳定性),同时在大规模量产方面也存在问题,生产线动辄就需要数十亿美元的投入。

    而Jeff Dahn与其团队在试验中发现,采用LiDFOB/LiBF4液态电解质的无负极锂金属电池在90次充放电循环后,仍可以剩余80%的电池容量和较高的稳定性,在能量密度上也并不亚于固态电池。即使在50次充放电循环后,液态电解质也可以实现无密度树枝状的锂形态,包括密集填充的色谱柱。

    这意味着导致电池发生短路起火的锂枝晶被消除或极大减少了,从而提高了锂电池的安全性。

    报告中还提到了如何解决用锂金属取代传统石墨负极而不必使用固态电解质的问题。

    众所周知,特斯拉使用的是高比能18650电池,新车型Model 3使用的是能量密度更高的21700电池。特斯拉采用液冷式热管理系统设计能够确保其电池以最高效率、最优化状态运行,从而最大化电池寿命以及效能表现。

    而此次特斯拉宣称研发出了比固态电池能量密度更高、寿命更长、成本更低的新型锂电池,有助于进一步提升其产品竞争力。

    但特斯拉是否会采用该新型电池以替代圆柱电池还不得而知,在正式商业化量产之前也要经过足够的验证和测试。

    值得注意的是,除了该新型锂电池之外,特斯拉还在采用其它技术研发新的电池。

    外媒报道称,电动汽车制造商特斯拉首席执行官埃隆•马斯克(Elon Musk)暗示,或者说几乎已经证实,该公司正在利用从麦克斯韦(Maxwell)那里收购的新技术自主开发电池。

    虽然Maxwell主要以生产超级电容器而闻名,但业内认为特斯拉对Maxwell用于锂离子电池的新型干电极技术更感兴趣。

    Maxwell在去年发表的一篇“干电极涂层技术”论文中,Maxwell的首席化学家和电池科学家描述了他们的涂层技术:与传统的浆液浇注湿涂层电极不同,浇注的DBE电极具有显著的高负载,并能产生厚电极,在不影响物理性能和电化学性能的情况下,实现高能量密度电池。与湿涂电极相比,Maxwell的DBE电极具有更好的放电速率性能。

    Maxwell通过生产具有出色的长期电化学循环性能的坚固的自支撑干涂层电极薄膜,以及大于10Ah容量的大型袋式电池原型,证明了其可扩展性。

    Maxwell宣称,在2c放电条件下,一组包含干涂层电极的五个电池的容量保持率在90%以上。至于耐用性,Maxwell公司声称,其电池技术在经过近1500充放电次循环后,仍可保持近90%的容量

    此外,Maxwell还声称,其电极能使当前演示单体电池的能量密度超过300 Wh/kg,并且它们能看到超过500 Wh/kg的实现路径。

    由此可见,特斯拉正在通过多种路径研发新型锂电池或者其它电池技术,目的是将电池核心技术掌握在自己手中。尽管特斯拉并没有表明是否会自己生产电池,但公司正在逐步掌握先进电池的研发和生产能力,以确保其在电动汽车领域保持领先优势和地位。

相关报告
  • 《如何利用先进材料提高下一代EV电池的效率》

    • 来源专题:工程机械与高端装备
    • 编译者:Hazel
    • 发布时间:2025-05-07
    • 随着电动汽车需求激增,对高效可靠电池技术的需求日益迫切。先进材料将成为突破下一代动力电池性能瓶颈的核心钥匙,工程师需通过以下战略布局引领电动出行革命。 电动汽车电池面临的挑战 由于多种因素,电动汽车市场目前在电池设计方面面临巨大压力。一个主要问题是采购原材料,例如锂、钴、镍和石墨。这些物品对于当今EV电池的功能至关重要,但它们的需求正在飙升。研究人员预测,到2050年,需求将增长26倍,其中钴增长6倍,镍增长12倍,石墨增长9倍。由于全球努力实现交通脱碳,从而加剧了资源争夺,供应链紧张导致成本飙升。 另一个挑战是温度对电池性能和使用寿命的影响。高温会加速电动汽车电池内的化学反应速度,导致热失控和锂镀等问题。这些情况会降低电池质量,损坏电池保护层并减少活性锂的数量。 最后,在不影响安全性或使用寿命的情况下实现更高的能量密度仍然是一个持续的挑战。当前的设计通常需要权衡。例如,增加能量密度会降低热稳定性,使电池更容易过热或退化。这种平衡行为使材料选择和电池架构复杂化。因此,电动汽车市场对能够在各个方面提供的创新解决方案有更大的需求。 电动汽车电池中的先进材料 性能、安全性和可持续性方面的最新发展极大地改进了EV电池。一些关键创新包括以下内容: 1.硅基阳极 工程师越来越多地将硅基阳极集成到锂离子电池中,以提高能量密度。与石墨阳极相比,硅具有更高的锂存储容量,可能会增加电池续航里程。然而,循环期间的体积膨胀需要纳米级工程和复合材料等解决方案来保持结构完整性。 2.固态电解质 这些材料作为液体电解质的更安全替代品而受到关注。它们通过消除易燃组件来降低热失控的风险。此外,它们还支持使用锂金属阳极,从而提高能量密度。固态电池还可以在10分钟内充电,并在80次充电循环后保持6,000%的容量。目前的研究重点是提高离子电导率和扩大生产以实现商业可行性。 3.高镍阴极 高镍阴极提高了能量密度,同时减少了对钴的依赖,钴是一种昂贵且存在争议的材料。它们提高了电池续航里程和功率输出。然而,它们对降解和热不稳定性的敏感性带来了一些问题,先进的涂层和掺杂技术可能会解决。 4.硫化物固态材料 硫化物固态材料是下一代固态电池的有前途的组件。它们具有出色的离子电导率和柔韧性,使其适用于大规模应用。它们与高容量阳极兼容,进一步提高了它们彻底改变EV电池设计的潜力。 5.石墨烯与碳纳米管 石墨烯和碳纳米管可以提高电池的导电性和耐用性。这些材料有助于加快充放电循环并提高机械稳定性,尤其是在高能量密度电池中。研究这些材料的可扩展制造工艺对于提高采用率至关重要。 在EV电池中利用先进材料的策略 利用先进材料可能会带来成本、可持续性和可扩展性方面的挑战。以下方法有助于克服问题,同时提高性能和效率: 1.采用纳米技术和2D材料 纳米技术和2D材料使工程师能够实现更高的性能,同时最大限度地减少重量和成本。例如,石墨烯的导电性和机械强度改善了电池内的电子流动。虽然这种2D材料提高了充电速度,但它减少了运行过程中的能量损失。将这种材料加入电池电极,设计人员可以在不牺牲性能的情况下实现更轻、更高效的设计。 2.根据应用需求优化材料选择 设计下一代电动汽车电池需要了解特定的性能需求,例如能量密度、安全性、充电速度或成本效益。然后,工程师选择与这些目标相关的材料,以最大限度地提高电池性能,同时应对挑战。例如,芝加哥大学的研究人员使用碳纳米管复合材料开发了一种锂硫电池,以克服硫在充电循环过程中降解的趋势。结果是原型的能量密度是传统锂离子电池的三倍 。如果工程师想要实现卓越的性能和更长的电池寿命,他们可以考虑这种类型的创新。 3.尝试新的制造技术 3D打印等新的制造方法可以改进电池生产流程并创造尖端设计。3D打印可以更精确地制造电池组件,实现优化材料使用和能量密度的复杂设计。借助3D打印,设计师可以创建具有可定制形状和结构的电极,从而确保更好的离子流和更高的性能。例如,印刷的多孔电极为反应提供了更大的表面积,从而提高了充电速率和整体电池容量。 4.数字孪生与预测建模降低原型开发成本 先进的原型技术为降低研发成本、加速动力电池开发提供了创新路径。工程师可利用数字孪生技术构建电池系统的虚拟镜像,模拟不同工况下的性能表现。这项突破性技术既能实现设计的快速迭代优化,又能减少材料浪费与制造成本。通过实时仿真,研发团队可在早期阶段识别潜在问题,确保更顺畅的产业化过渡。 预测性人工智能(AI)物理模型进一步强化了这一流程:基于机器学习算法分析材料相互作用,预测电池长期演变规律。该系统不仅能定位性能薄弱环节,更能为材料优化提供数据洞见,最终实现效率最大化。 5.使用轻量化材料提升能效 轻量化材料对于提高能效、延长续航和提升整体性能至关重要。以长纤维热塑性塑料(LFTs)为例,其材料密度较金属减轻40%,有效降低电池包重量,从而提升能源效率并扩展车辆续航里程。LFTs特别适用于替代电池外壳和支撑结构中的重金属部件。这类材料不仅能增强设计灵活性,还具备优异的抗冲击性能,完全满足电动汽车严苛的应用要求。此外,改用热塑性材料可显著降低生产和运输成本,助力制造商打造更高能效、更具成本优势的电动车型,以应对市场对高性能车辆日益增长的需求。 电动汽车电池设计的创新突破 采用先进材料是推动下一代电动汽车性能跃升的必由之路。这不仅能够满足电动汽车市场快速增长的需求,更能提供更安全、高效且环保的电池解决方案。随着行业不断发展,工程师需要持续突破技术边界。当下对这些先进技术的投入,将为构建更清洁、更电气化的未来奠定坚实基础。
  • 《看6国政府和组织如何搅动动力电池产业发展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-01-15
    • 跨入新一年,很多人都有这样的心愿:在2019年乃至更长的一段时间内,要自强、要壮大、要发财。 其实身处新年度的新能源汽车产业,特别是处于其产业链上重要一环的动力电池业各方也同样如此,而更显迫切的要数各级政府及相关管理部门了。当然,有这种想法的不仅仅是中国政府和产业界人士。 电池中国网综合编译、整理了除中国以外的其他6国政府和组织机构近期动向,看他们在助力本国动力电池产业发展方面都许了哪些愿。 韩国:全盘把控动力电池产业 在燃料电池车方面 ,据韩媒报道, 韩国政府计划到2022年,预计将国内燃料电池大巴数量提升至16000辆,其中包括1000辆公交车。 目前,韩国蔚山市政府已与现代汽车及9家汽车制品企业签订关于燃料电池车合作的谅解备忘录。 在 动力电池 方面 ,据韩媒报道,韩国政府正 计划在全固体电池、 锂电池 、锂硫电池3个领域,投资开发新一代电池技术。 此外, 韩国科学技术信息通信部 近日发布了2019年度(1-12月)科学技术和信息通信技术领域的研究开发综合实施计划。根据该计划,将支持新一代氢能的技术开发工作。 预计将投资102亿韩元(约合人民币6200万元)开发氢能革新技术,108亿韩元(约合人民币6600万元)开发燃料电池技术。 日本:倾向燃料电池车发展 据日媒报道,近日日本一位官方负责人表示, 将进一步扩大政府对百姓购买纯电动汽车、插电式混合汽车等汽车的补助金额。 虽然目前日本还没有出台管控燃油车的政策,但是纯电动汽车、插电式混合汽车、燃料电池车等环保型车已赢得政府支持,并正在日本市场逐步推广。 该官方负责人表示,日本政府早在2014年就开始致力于发展氢能产业,特别是非常积极地普及燃料电池公交车方面。 以东京为例,为了加快燃料电池公交车的普及度,日本政府计划到2020年,在现有14座加氢站的基础上再增加3-4座。 同时,因为加氢站在建设时可能存在高压气体冲放等安全问题,日本国土交通省和经济产业省正在就这一问题展开相关制度设定等讨论。 德国:立志扶持动力电池产业 近日,据德媒报道, 德国呼吁建立“欧洲电池联盟” ,德法两国政府共同发表了《法德电池制造宣言》。 “德国政府将投入10亿欧元(约合人民币78.5亿元),用于生产动力电池和建设下一代固态电池研发中心。”德国经济部部长阿尔特迈尔表示,德国正与欧洲多国密谈,希望在2019年年初确定“欧洲电池联盟”项目,旨在减少德国汽车制造商对亚洲电动汽车动力电池供应商的依赖。 据了解,联盟成员预计包括德国电池生产企业Varta、德国化工集团巴斯夫和美国汽车制造企业福特。 同时,德国汽车制造企业大众、宝马、电池初创企业Northvolt,以及比利时原料公司Umicore、法国电池制造企业Saft也正在商谈中。 法国:与德国抱团扭转局面 法国经济和财政部长布鲁诺·勒梅尔 呼吁欧洲企业共同发展动力电池产业 ,以扭转欧洲在这一领域的被动局面。 勒梅尔认为,欧洲汽车制造企业不应该仅依赖亚洲生产的动力电池来发展自己的新能源车产业。欧洲企业必须要在动力电池领域取得技术独立,并“建立我们自己的新能源车电池产业。” 鉴于德国新能源汽车发展较快,法国相对落后,勒梅尔 呼吁法德两国合作共同应对全球竞争 。 欧盟:财政补贴刺激动力电池产业发展 欧盟委员会能源副主席马洛斯·塞夫科维奇认为,未来电动汽车业的发展,必须跟上电池技术的发展步伐。如果不掌握或创新动力电池技术,不开展对动力电池的研究,那么就无法开发新车型或高品质汽车。 欧盟委员会副主席塞夫科维奇表示,欧盟将加快审核通过对动力电池生产的补贴,并将该补贴纳入欧盟预算及区域援助基金范围。 根据欧盟“Horizon 2020”科研规划,其中将 拨出2亿欧元(约合人民币15.7亿元)研究基金用于动力电池项目;8亿欧元(约合人民币62.8亿元)用于建设示范设施 ; 希望推动行业发展的地区,可申请220亿欧元(约合人民币1725亿元)的地区资金;欧洲投资银行提供的“欧洲战略投资基金”将共同出资数十亿欧元,建设类似特斯拉的电池“超级工厂”。 澳大利亚:以矿产资源为机遇谋发展 近日,澳大利亚政府在一份战略报告中表示,将寻求投资发展电池产业的机会,以从本国丰富的矿产资源中获得更多价值。 澳大利亚政府为此计划 通过吸引投资,建立包括化学技术和电池制造在内的电池供应链 ,并准备为投资企业提供资金及免税激励政策。 根据该份战略报告,澳大利亚政府将为投资者 每年提供最高20万澳元(约合人民币97.8万元)的税收减免支持,并为保持至少一年的投资提供10年的资本利得税减免支持。 电池中国网认为,在全球电动化发展趋势面前,多国政府和组织都希望抓住机遇,壮大和发展本国及地区动力电池产业。从上述内容不难看出, 考验政府决策能力的时候到了,未来的动力电池产业火药味将更浓。