這項電池重大突破,可能拯救整個電動汽車行業的發展

這項電池重大突破,可能拯救整個電動汽車行業的發展

NMC811這項新技術不僅縮小了鋰離子電池中鈷含量的比例,也同時因此降低了電動汽車的造價,縮減了成本,提升了電池的續航里程。各大汽車廠商,包括通用汽車、福斯汽車和特斯拉在看到了其巨大的發展潛力後,都紛紛在這項新技術上壓了「重」注,整個電動車行業將有可能面臨新的轉機。

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在此次疫情中,另一個毫無防備的受害者應該要數電動汽車了。隨著油價的暴跌,開車出行的成本雖然降低了,但值得注意的是,當下一個鮮為人知的電池領域的重大突破已經撼動了中國電動汽車市場,現在正在快馬加鞭地進駐美國,通用汽車和福斯汽車也都涉足了該領域。

這一進步實際上應該歸功於全球競相大幅降低鋰離子電池中昂貴的鈷含量的結果。到目前為止,鈷元素佔電池陰極(鋰離子電池的核心)的20%到30%,而新研發的技術可以讓這一比例降低至10%。研究人員六個月前還認為這種降幅是不太可能的,畢竟在降低電動汽車的價格同時,行駛里程還得再增加25英里的挑戰顯得不太現實。鈷,有時還被稱作是「血鈷」,其主要一個原因是它來自一個較有爭議的原產地—剛果民主共和國,在那裡,工人常常因為工作條件的惡劣而萬分辛苦。卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University)的教授維史瓦納坦(Venkat Viswanathan)說:「這個電池的新技術是一個巨大的進步,因為越是到後期,越難讓鈷的比例下降,也就是說從20%降到10%要比從30%到20%難得多,把鈷比例降低的難度可以說是呈指數級增長的。但是現在的這種技術卻能實現最終要求的10%的比例。」

這個新研發的電池名為NMC 811,它解決了困擾研究人員五年多的電化學難題。加拿大研究機構Adamas的數據顯示,截止今年1月,NMC 811已佔據了中國電動汽車銷量的12%,高於之前2018年的不到1%的市場占有率。90年代初,通用汽車的電動悍馬這款重型皮卡在波斯灣戰爭期間開始廣泛流行,該公司預計明年將推出全新的電動悍馬系列(Electric Hummer),其裝配的NMC811電池將交由韓國電池製造商LG化學(LG Chemical)進行生產。通用汽車表示,新版悍馬電池續航能力高達400英里,足以消除很多消費者對車用電池的「續航焦慮」了。「續航焦慮」是一種挺折磨人的心理,一提到它,就會禁不住讓人聯想到在大雪紛飛的夜晚,被困在一輛沒電了的汽車裡的婦女或孩子。繼通用汽車之後,福斯汽車也表示將在明年為自己的電動汽車安裝新型電池。鑑於此,專家認為其他大多數主要汽車製造商也將緊隨其後。

通用汽車的電池開發主管蒂姆·格瑞(Tim Grewe)表示:「這的確好得令人難以置信,但我們確實創造出了五年前你無法想像的東西。」

電動汽車的售價可能要比傳統汽車高出數萬美元,而且目前汽油的平均售價每加侖才2.15美元,幾乎是五年以來最便宜的時候。但特斯拉,這個目前在電動汽車領域盤踞主導地位的公司已經向大家證明了,無論汽油價格的漲跌,很多人就是願意購買電動汽車,並且當前大多數主要的汽車製造商也都在打賭,說他們可以很快提高電動汽車的銷量。在5年前的一樁柴油車欺詐裝置醜聞過去之後,福斯汽車正把賭注押在其大規模向電動汽車轉型的業務上。

鋰離子電池的重大突破,為汽車製造商們將以何種方式進軍廣闊的受眾市場提供了一條線索。

事實證明,LG已經可以生產電池領域所稱的NMC「811」了,即含80%鎳(N)、10%錳(M)和10%鈷(C)合成物的縮寫。

NMC是當前應用最廣泛的汽車鋰離子電池類型,它是鎳、錳、鈷元素集合的一種簡稱。NMC的應用是1980年被發明原始鋰離子電池的重要轉折點,而通用汽車也是第一個將NMC商業化的公司,在2011年,NMC電池就為通用汽車的新型插電式混合動力汽車提供了助力。NMC從那裡開始走向市場,它現在為地球上每一個主要的汽車廠商,除了特斯拉之外的電動車提供動力,特斯拉則採用了一種與NMC不同的,稱為NCA的電池。

NMC和NCA的研究人員在試圖減少鈷含量時遇到了一種電化學反抗:鈷一直是一種平衡劑,一旦當它開始減少,其他的金屬就會起身反抗,拒絕配合儲能。這樣得到的結果就是,僅僅充電幾次,陰極就會破裂。

但幾年前,有研究人員成功地將電池陰極的鈷含量降低到了20%,這被認為是電池領域的一項重大勝利和突破,因為就在降鈷成功的幾個月前,他們還在討論著進一步減少鈷含量是非常不切實際的。

但在3月4日,通用汽車突然宣布了一條被大大加強了的電動汽車生產線,以及一個新的電池組,主要用於未來凱迪拉克(Cadillac)、自動駕駛的Cruise Origin,以及明年的全新悍馬的生產。不過,有一點通用汽車沒有提到,而且除了幾本產業雜誌外也沒人注意到的是,新推出的電池實現了最新的鈷減排目標—陰極只有10%的鈷。

事實證明,當大學和國家實驗室的研究人員還在繼續研發的時候,LG已經可以生產電池領域所稱的NMC「811」了,即含80%鎳(N)、10%錳(M)和10%鈷(C)的合成物縮寫。而且令人驚訝的是,LG還避免了之前陰極在縮減鈷含量的過程中比較容易破裂的問題。卡內基美隆大學(Carnegie Mellon)的維史瓦納坦(Viswanathan)說,如果你把鈷的降價幅度加在一起,能讓一輛車的價格下降約2,400美元。通用汽車負責電池業務的主管格雷表示,在某種程度上可以給電池的陰極摻雜一些氧化鋁來實現這種可能性。

電池的這一突破有一個值得注意之處就是它是怎麼產生的。多年來,研究人員一直試圖在鋰離子和未來電池(如鋰氧電池)領域取得突破,但除了挫敗之外,他們一無所獲。人們不禁要問,電池的物理性質是不是真的太硬了。本著這一想法,NMC811成了電池研發希望的象徵。格瑞說,LG和通用的團隊正在努力進一步減少電池裡的鈷含量。

在過去的十年間,通用汽車一直很認真地致力於電動汽車的研發,但消費者好像幾乎沒怎麼注意到這一點。

通用汽車很可能是在今後的電動汽車「競賽」中帶給人們最多驚喜的公司。多年來,該公司生產過一些歷史上極具標誌性的汽車,比如1957年的雪佛蘭、1959年的凱迪拉克德維爾、1963年的克爾維特和1969年的卡馬洛。作為一家汽車公司,通用汽車是美國資本主義鼎盛時期的典型代表,它們陸續推出的新款車型也成為美國人和全球各地追求地位的消費者所追捧的對象。

但到上世紀80年代後,與底特律的其它公司一樣,通用汽車開始變得鬆鬆垮垮,還養了一批素質參差不齊的老員工,原來的成功形像開始逐漸走向了下坡路,而這卻給日本的汽車製造商佔領高品質、受歡迎的主流汽車市場打開了一個巨大的市場空間。

但反觀過去的十年間,通用汽車也一直在以認真嚴肅的態度研發新的電動汽車,而很多消費者卻幾乎沒有注意到這一點。2011年問世的雪佛蘭Volt電動概念車是一款開創性的汽車,它在充滿電的情況下可行駛35英里,然後發動機才開始工作。Volt被《汽車趨勢》雜誌(Motor Trend)評為當年的「年度汽車」(car of The year)。2017年,該公司生產的新款Bolt也獲得了同一獎項,這是一款全電動轎車,售價3.75萬美元,一次充電能跑238英里,令人震驚,比特斯拉的Model 3還要提前幾個月推向市場。Volt和Bolt的車身裝飾都很漂亮——雖然沒有特斯拉(Tesla)那種優雅,但絕對美觀、耐用,而且充滿了科技元素。

然而,自打Volt和Bolt問世後,通用汽車的銷售業績卻一落千丈,其中一個原因是市場促銷不給力,一直未能成功地在市場上推廣這兩款汽車,這就把機會留給了伊隆·馬斯克(Elon Musk)。如今,馬斯克即電動汽車的代名詞,就像當初史蒂芬·賈伯斯(Steve Jobs)是智慧型手機的代名詞一樣。最近,通用又搞了一個「帽子戲法」—把耗油巨大的悍馬改造成電動汽車。

這一次,通用不僅吹噓自己是第一個這麼幹的公司,卻還打算將電池授權給其競爭對手。

通用是打入全球市場的第一家汽車公司,但不包括中國。去年,隸屬於蔚來汽車的中國NIO表示其已經擁有了世界上第一輛使用NMC 811電池的電動汽車,這是一款休旅車(SUV),電池由中國大型電池生產商CATL生產(它似乎用了另一種方法實現了同樣的技術進步)。Adamas Intelligence董事總經理瑞安·卡斯蒂略克斯(Ryan Castilloux)表示,在NIO之後,NMC 811迎來了爆發式增長,最終佔去年中國整體電動汽車和插電式混合動力車銷量的6% 。CATL的NMC 811也將出現在福斯新款的電動車上,不過尚不清楚其將何時走向市場。

特斯拉也開始參與了中國的NMC 811競爭,他採用了LG的電池為Model 3s提供電能。這還挺讓人驚喜的,因為馬斯克之前一直堅持使用依賴鈷,但是用鋁代替錳的NCA。在2018年與華爾街分析師的電話會議上,馬斯克表示,Model 3中NCA電池的鈷含量已經要比所有廠商在未來裝配的NMC811中的鈷含量還要低了。

看樣子福斯汽車也決心要在電動汽車銷售方面與特斯拉(Tesla)展開競爭了,NMC研發的進步使兩家公司首次能夠就此展開激烈交鋒。

Jeff Chamberlain經營著一家伊利諾伊州的電池投資公司Volta Energy Technologies,他認為NMC 811是個雖然「大」,但卻並不典型的進步。在該領域還存在著一些別的主要目標,比如說研究如何穩定純金屬鋰的陽極就是其中一個。

似乎沒有公開的數據描述CATL或特斯拉如何穩定他們的陰極。但在1月份的一篇論文中,加拿大達爾豪斯大學(Dalhousie University)的教授傑夫·達恩(Jeff Dahn)和其博士生Yulong Liu認為應該使用大的單晶,而不是相對較小的多晶顆粒來實現這種可能。這篇論文引起了電池界的廣泛關注。

在通用家族裡,由於悍馬擁有固定的鐵桿粉絲群體,因此在成為暢銷電動車這方面來說,沒有任何一款能比肩悍馬。看樣子福斯汽車也決心要在電動汽車銷售方面與特斯拉(Tesla)展開競爭了,NMC研發的進步使兩家公司首次能夠就此展開激烈交鋒。

Castilloux說:「811一直被視為電動汽車電池近期的創新尖端,那些自認為是領軍人物的人也一直在競相實現這一目標。」

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