百万英里电池对电动车意味着什么

撰文 / 马晓蕾

编辑 / 张 南
设计 / 杜 凯

来源 / 经济学人，作者：George Wylesol

说到电子产品，如今人手一部手机，基本上使用一年左右，电池就开始退化，充电频率会越来越高，从最初的一天一充，到后面的一天几充。这很麻烦，不过也好解决，手机换电池很便宜，或者等出了新款，直接买一个新的。

但一辆电动车就没这么简单了，相较于手机而言，电动车基本都造价不菲，电池是其最昂贵的部件，约占一辆普通中型车的30%。电池的老化不仅增加了电力耗尽使司机半路搁浅的风险，还会让一辆二手电动车迅速贬值。

为了让买家安心，汽车制造商为他们提供电池质保，通常为8年或约20万公里。但现在，生产商们计划走得更远，推出"百万英里"（160万公里）电池。

为多家汽车制造商供应电池的中国巨头企业宁德时代的老板曾毓群在6月表示，他的公司准备开始生产可使用16年或200万公里的电池。

埃隆·马斯克（Elon Musk）曾暗示，他的特斯拉正在研发一款百万公里电池。有传言称，这款电池可能会在9月亮相。

而在底特律，通用汽车正处于开发先进电池的最后阶段，该公司称其具有与上述两者类似的长寿命。

往返月球两次

"百万英里电池是一个伟大的口号。"位于芝加哥附近的阿尔贡国家实验室储能研究联合中心主任乔治·克拉布特里（George Crabtree）说，"百万英里电池的意义不单单是让你行驶一百万英里。"

人们无法阻挡电池的老化，定期快充、过度充电和深度放电都会加速它的老化过程。在极端天气下更是如此。即使把车辆搁置在车库里，电池寿命也会减少。百万英里电池的真正意义在于，人们为了实现它而取得的技术进步会帮助我们应对这些问题。

为电动汽车提供动力的锂离子电池会以两种方式老化：时间的推移和使用的频率。电池制造商将与时间有关的老化称为"日历老化"。它是电池制造中使用的一些材料逐渐退化的结果，这种退化会降低电池的持电能力。

与使用有关的老化是蓄电池放电、充电循环次数的结果。它是由蓄电池工作时发生的复杂化学反应引起的。其中有些反应对电池储存和释放能量的过程至关重要。"但也有一些你无法阻止的副反应，其中一些对电池本身是有害的。"乔治博士解释说。

当电池放电时，阳极上释放锂离子，通过液体电解质穿梭到阴极。同时，在阳极剥离的电子沿着外部电路向阴极移动，从而为汽车提供动力。离子和电子在阴极重聚，并保持在那里，直到电池接入充电器，整个过程开始逆转。

每一次放电和充电的循环都会造成电量的损失。锂属于活跃金属，在电池使用过程中很难阻止它被其他化合物所吸附。随着每个充放电周期的少量分流的增加，储存能量的元素数量会相应减少。

除此之外，充电速度快于离子被阳极吸收的速度，可能会导致阳极表面形成一层锂"镀层"，从而降低其存储能力。

如果镀层导致树枝状结构的发展，问题就更大了。这些枝晶从阳极上镀层特别高的地方伸入电解液中。如果枝晶到达阴极，电池就会短路，导致电池迅速发热，并可能起火。其他副反应也会产生类似的不良后果。

很难一概而论地说，这些过程会在多大程度上缩短电池的寿命。这不仅取决于电池的使用方式，还取决于电池的制造方式。锂离子电池有不同的形式和化学反应，其中一些在汽车上使用的时间还不够长，人们无法确定它们的使用寿命。乔治博士说，也没有任何独立的测试。

尽管如此，业界还是有一些经验法则。一旦电池的容量低于其起始值的80%，一般认为它不再适合在汽车上使用。有人估计，锂离子电池平均每年损耗2%的容量。这可能看起来不多，但当一辆汽车使用了6年的时候，这可能意味着它的使用寿命已经过半。

漫长的前行之路

电池技术一直在进步。通用公司电气化战略负责人蒂姆·格雷威（Tim Grewe）表示，获得电动车使用的直接经验有助于研究人员找到减轻副反应的方法。该公司采用远程"遥感"监测的方式来跟踪电池在汽车中的表现，还从高里程数司机和生活在沙漠和山区等极端环境中的司机那里收回一些电池进行分析。

处理电池中的杂质有助于延长电池的寿命。例如，水会与电解液中的盐类发生反应，形成酸，从而攻击电极。为了防止这种情况发生，通用公司开发了一种添加剂，由一种叫做沸石的材料制成。沸石是一种分子海绵，该产品可用于清除进入电池单元的任何水分。

在镍钴锰阴极（一种广泛用于锂离子电池的类型）中添加一点铝，可以节省电池中最昂贵的成分钴。铝还有其他好处，蒂姆补充道。它提高了电池的能量密度，这意味着汽车一次充电可以行驶更远。它还能使电池寿命更长。

通用汽车将在一种名为Ultium的新型电池中使用这一新型电极，这是它与韩国公司LG化学合作开发的。Ultium 电池，计划明年在俄亥俄州的一家工厂开始生产，能为电动汽车提供650公里或更高的单次充电续航。

相比之下，现在中型电动汽车的续航里程可能只有400公里。当被问及Ultium是否是百万英里的电池时，蒂姆回答说："很多客户都可以获得这个成绩。"

作为一种营销手段，百万英里电池将给电动汽车买家，即使是那些永远不可能把100万英里提上日程的人更多的信心，让他们相信他们的电池是强大的。但有些用户可能真正渴望有如此高的终身续航里程。

杰夫·达恩（Jeff Dahn）领导着加拿大哈利法克斯达尔豪西大学（Dalhousie University）一个由特斯拉赞助的电池研究小组，他指出，像"机器人出租车"这样的自动驾驶电动车可以通过24小时不间断运行来获得巨大的里程数。所以，长途货车和电动巴士也会如此。

有些汽车最终可能不仅仅是交通工具。V2G计划让电动车车主将他们的电动车连接到电网，在风和日照充足的时候储存多余的电力，并在需求高峰期释放，车主可以从这个过程中赚取差价。这意味着这些“电网缓冲车”即使在不动的时候也会积累大量的充电周期。

百万英里电池也不是工程师们的愿望极限。下一个目标是用固体电解质取代锂离子的液体电解质。这将使离子受到更严格的控制，实现更长的行驶里程。这将使200万英里的电池成为一个可行的目标。如果那一天到来，情况就会出现反转——汽车的电池将从第一个失效的部件变成最后一个。