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通用汽車押注金屬鋰，與鋰離子電池分道揚鑣
2021-03-13 22:17:20· 來源：智車科技 作者：劉洪
/ 導讀 /雖然大多數(shù)電動汽車制造商正在優(yōu)化現(xiàn)有的鋰離子電池解決方案，通用汽車（GM）卻已轉(zhuǎn)向鋰金屬電池的下一代電動汽車。電動車的續(xù)航里程有限，其中大部分最
/ 導讀 /
雖然大多數(shù)電動汽車制造商正在優(yōu)化現(xiàn)有的鋰離子電池解決方案，通用汽車（GM）卻已轉(zhuǎn)向鋰金屬電池的下一代電動汽車。
電動車的續(xù)航里程有限，其中大部分最大續(xù)航里程為380英里（610公里）以下，這是電動汽車廣泛采用的主要障礙之一。汽車制造商和研究人員通常會尋找三種解決辦法：高能效汽車系統(tǒng)、改進的電池充電技術或更高容量的電池。
近日，通用汽車（GM）對第三種解決方案進行了大量投資，將更高容量的電池作為該公司的遠程電動汽車解決方案。盡管與之競爭的電動汽車制造商（如特斯拉）已通過修改鋰離子電池的結(jié)構(gòu)來尋求更高容量的電池，但通用汽車電池解決方案的研發(fā)方向已完全與鋰離子電池分道揚鑣。
取而代之的是，這家汽車巨頭選擇開發(fā)鋰金屬電池，希望能制造出更高容量、更低成本的電池。與鋰離子電池相比，電動汽車用鋰金屬電池有哪些優(yōu)點？為什么到目前為止，這項技術還沒有被制造商們廣泛采用呢？
鋰金屬電池vs鋰離子電池
鋰金屬電池的工作原理與鋰離子電池相似。在鋰離子電池中，陽極和陰極由一個用電解液“濕潤”的隔膜分開，以促進鋰離子在陽極和陰極之間的運動。隔膜隔離陽極和陰極，以防止短路，同時只允許鋰離子通過電解液。這就產(chǎn)生了功能電流。
在鋰電池中，陽極通常由石墨制成，而陰極由鋰鈷氧化物組成。鋰金屬電池也以同樣的方式工作，但它使用的不是石墨陽極，而是高能鋰金屬。
鋰離子電池工作原理
據(jù)華盛頓州立大學的研究人員稱，鋰金屬被認為是電池的“夢想材料”，因為所有已知的固體材料中，它的能量密度最高。事實上，鋰金屬電池每磅至少比鋰電池多儲存33%的能量，可以產(chǎn)生更高容量和更輕重量的電池。
鋰金屬電池面臨的挑戰(zhàn)
雖然鋰金屬看上去像是電動汽車開發(fā)商的一個明確的候選者，但對電池安全性的擔憂一直是一個主要限制。當鋰離子在正極和負極之間轉(zhuǎn)移時，鋰金屬電池更容易在鋰金屬上形成樹枝狀固體針狀結(jié)構(gòu)——枝晶。如果不加以控制，枝晶最終會穿透陰極，使電池短路，并有可能燃燒電池的電解液。
枝晶形成可能穿透陰極引起短路
即使電池不著火，枝晶也會增加自放電，這意味著鋰金屬電池失去了長期儲存電荷的能力。由于這些缺點，制造商們大多放棄了這種電池類型，轉(zhuǎn)而使用它更為成熟的同類產(chǎn)品鋰離子電池。然而，隨著近年來對鋰金屬電池的更多研究和投資，這項技術似乎正在卷土重來。
通用汽車押注金屬鋰
六年前，通用汽車投資了一家名為SolidEnergy Systems（SES）的初創(chuàng)公司，這家公司正在研究開發(fā)和制造鋰金屬電池的新方法，這些電池實際上是安全的?，F(xiàn)在，兩家公司已經(jīng)宣布了一項聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，其中一部分涉及在馬薩諸塞州沃伯恩建造一條制造原型生產(chǎn)線的計劃。
盡管大多數(shù)信息仍處于保密狀態(tài)，但兩家公司都將自己的鋰金屬知識產(chǎn)權帶到了談判桌上，僅通用汽車一家就擁有49項專利，正在等待45項專利批準。通用汽車公司聲稱，他們已經(jīng)開發(fā)出一種帶有保護陽極的鋰金屬電池，在一個研究設施中完成了超過15萬英里的測試。這一合作關系旨在加速兩家公司的鋰金屬研發(fā)，最終有望在2023年前推出商用電池。
雖然大多數(shù)電動汽車制造商正在優(yōu)化現(xiàn)有的鋰離子電池解決方案，通用汽車（GM）卻已轉(zhuǎn)向鋰金屬電池的下一代電動汽車。
電動車的續(xù)航里程有限，其中大部分最大續(xù)航里程為380英里（610公里）以下，這是電動汽車廣泛采用的主要障礙之一。汽車制造商和研究人員通常會尋找三種解決辦法：高能效汽車系統(tǒng)、改進的電池充電技術或更高容量的電池。
近日，通用汽車（GM）對第三種解決方案進行了大量投資，將更高容量的電池作為該公司的遠程電動汽車解決方案。盡管與之競爭的電動汽車制造商（如特斯拉）已通過修改鋰離子電池的結(jié)構(gòu)來尋求更高容量的電池，但通用汽車電池解決方案的研發(fā)方向已完全與鋰離子電池分道揚鑣。
取而代之的是，這家汽車巨頭選擇開發(fā)鋰金屬電池，希望能制造出更高容量、更低成本的電池。與鋰離子電池相比，電動汽車用鋰金屬電池有哪些優(yōu)點？為什么到目前為止，這項技術還沒有被制造商們廣泛采用呢？
鋰金屬電池vs鋰離子電池
鋰金屬電池的工作原理與鋰離子電池相似。在鋰離子電池中，陽極和陰極由一個用電解液“濕潤”的隔膜分開，以促進鋰離子在陽極和陰極之間的運動。隔膜隔離陽極和陰極，以防止短路，同時只允許鋰離子通過電解液。這就產(chǎn)生了功能電流。
在鋰電池中，陽極通常由石墨制成，而陰極由鋰鈷氧化物組成。鋰金屬電池也以同樣的方式工作，但它使用的不是石墨陽極，而是高能鋰金屬。
鋰離子電池工作原理
據(jù)華盛頓州立大學的研究人員稱，鋰金屬被認為是電池的“夢想材料”，因為所有已知的固體材料中，它的能量密度最高。事實上，鋰金屬電池每磅至少比鋰電池多儲存33%的能量，可以產(chǎn)生更高容量和更輕重量的電池。
鋰金屬電池面臨的挑戰(zhàn)
雖然鋰金屬看上去像是電動汽車開發(fā)商的一個明確的候選者，但對電池安全性的擔憂一直是一個主要限制。當鋰離子在正極和負極之間轉(zhuǎn)移時，鋰金屬電池更容易在鋰金屬上形成樹枝狀固體針狀結(jié)構(gòu)——枝晶。如果不加以控制，枝晶最終會穿透陰極，使電池短路，并有可能燃燒電池的電解液。
枝晶形成可能穿透陰極引起短路
即使電池不著火，枝晶也會增加自放電，這意味著鋰金屬電池失去了長期儲存電荷的能力。由于這些缺點，制造商們大多放棄了這種電池類型，轉(zhuǎn)而使用它更為成熟的同類產(chǎn)品鋰離子電池。然而，隨著近年來對鋰金屬電池的更多研究和投資，這項技術似乎正在卷土重來。
通用汽車押注金屬鋰
六年前，通用汽車投資了一家名為SolidEnergy Systems（SES）的初創(chuàng)公司，這家公司正在研究開發(fā)和制造鋰金屬電池的新方法，這些電池實際上是安全的?，F(xiàn)在，兩家公司已經(jīng)宣布了一項聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，其中一部分涉及在馬薩諸塞州沃伯恩建造一條制造原型生產(chǎn)線的計劃。
盡管大多數(shù)信息仍處于保密狀態(tài)，但兩家公司都將自己的鋰金屬知識產(chǎn)權帶到了談判桌上，僅通用汽車一家就擁有49項專利，正在等待45項專利批準。通用汽車公司聲稱，他們已經(jīng)開發(fā)出一種帶有保護陽極的鋰金屬電池，在一個研究設施中完成了超過15萬英里的測試。這一合作關系旨在加速兩家公司的鋰金屬研發(fā)，最終有望在2023年前推出商用電池。
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