电池技术是努力满足世界对电动汽车日益增长的需求的公司的新靶心。
锂离子和磷酸铁锂（或 LFP）主导着当前的电动汽车电池领域。它们在范围、原材料价格等方面各有利弊。特斯拉( TSLA ) 使用锂离子和 LFP 电池。新兴的主要竞争对手比亚迪( BYDDF ) 使用专用的 LFP 电池。
电池公司和汽车制造商正在大力投资以制造更便宜、更密集和更轻的电池。新技术无处不在。有些人为旧电池化学成分提供了新的转折，以进行渐进式改进。其他人改变电池外形或电池组件以显着提高性能或成本。未来，预计会出现截然不同的化学物质和其他重大突破。
对于下一代 Ultium 电池，通用汽车( GM ) 调整了锂离子化学成分以大幅降低成本。特斯拉的新型 4680 电池声称通过更大的尺寸和最先进的工程技术节省成本和其他好处。我国的宁德时代是世界上最大的电池制造商，其新型麒麟电池的改进更大，部分原因在于电池如何组合成电池组。
影响最深远的电池创新可能来自各种参与者。宁德时代正在开发钠离子电池，而QuantumScape ( QS )、SES ( SES )、SolidPower ( SLDP ) 和丰田汽车( TM ) 正在开发固态电池。两种电池类型都可能改变游戏规则，但都面临技术障碍。
就汽车制造商而言，电池是新的淘金热，更好、更强大的电池将推动电动汽车的普及。整个汽车平台都是围绕电池构建的，电池不仅提供电力，而且是当今电动汽车的关键结构元素。
电池技术竞赛
可以肯定的是，电池技术竞赛不仅仅是电动汽车。电池为从智能手机和笔记本电脑到电钻的所有设备供电。公用事业部门本身就是不断增长的电池需求来源。
但根据能源研究和咨询公司的说法，汽车公司在这场竞赛中领先是有原因的：电动汽车占锂离子电池需求的 80%。
早在 2021 年，锂离子电池的供应就会在蓬勃发展的电动汽车市场中供不应求。电池原材料价格也出现上涨。这种情况在 2022 年只会加剧。
以中国为首的亚洲在 2021 年控制了全球 90% 的电池制造。到本十年末，预计随着西方的追赶，该份额将降至 70% 以下。
由于担心锂短缺，美国和欧洲将有数十家电池厂在十年之内涌现。公司寻求降低地缘政治风险和降低运输成本，因为重型电动汽车电池的运输成本很高。
5 月 2 日，美国能源部宣布提供 31 亿美元的资金来促进先进电池的生产，重点是加工和制造设施与采矿。另外 6000 万美元将用于寻找废旧电池的第二用途。这笔钱来自 2021 年的基础设施法案。
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锂离子电池的类型
锂离子电池有两种主要的化学成分：镍钴铝（或 NCA，特斯拉使用）和镍锰钴（NMC，其他汽车制造商使用）。锂是共同点。
这些电池提供高能量密度，使电池供电的设备和车辆在需要充电之前运行更长时间。但它们老化得很快并且会着火。
近年来，西方公司改进了 NMC 技术，特别是通过增加镍来提高能量密度和电动汽车续航里程，以及减少稀缺且昂贵的钴。
通用汽车凭借其新型 Ultium 电池设计了一种 NCMA 化学物质，该化学物质添加铝以增加镍并减少钴，从而将电池成本降低 40%。
全新悍马 EV 完全由巨大的富含镍的 Ultium 电池供电，续航里程估计为 350 英里。
通用汽车称悍马为“超级卡车”。它表示，新的电池架构和先进技术可实现传统汽油或柴油皮卡无法实现的性能和越野能力。
“如果你正在做你的极限悍马工作，你只需要担心你将车辆设置在哪里。你不必担心：我是否处于某个档位，或者我如何在不走的情况下翻车太远了，挂在石头上？” 通用汽车电池和电气化战略负责人 Tim Grewe 表示。
Grewe 告诉 IBD，降低成本是通用汽车的第一要务。电池占电动汽车成本的四分之一到三分之一。使电动汽车负担得起将是其大规模采用的关键。
锂离子与磷酸铁锂电池
在过去一年左右的时间里，随着镍和钴价格飙升，锂离子电池的替代品开始兴起。
锂铁或 LFP 电池不使用镍或钴。相反，他们使用地壳中丰富的铁和磷酸盐。
在电池化学中，LFP 的优势传统上是成本较低，但是，它们的能量密度与其他一些化学物质不同。
这种权衡使 LFP 电池技术回到了美国，人们倾向于长距离驾驶大型车辆。
但电池巨头先进的 LFP 化学，现在可以看到以合理的成本提供可接受的范围。自 2020 年以来，中国汽车制造商和特斯拉转向更便宜的磷酸铁锂电池，用于续航里程较低的大众市场电动汽车，几家西方汽车巨头现在也纷纷效仿。
分析师表示，LFP 电池这种已有数十年历史的技术的复兴令市场大吃一惊。
除了降低成本外，LFP 还具有较长的生命周期和较高的安全性能。这使其成为固定应用的首选化学物质，例如用于公用事业规模存储的巨型电池阵列。
到 2022 年，镍基锂电池在电动汽车和储能系统市场的份额将达到 50%。但分析师预测，到 2028 年，LFP 的市场份额将超过镍基化学品。
中国的比亚迪使用了一种特殊版本的 LFP，被称为 Blade。该公司声称，更长更薄的刀片电池即使在严重损坏的情况下也不易着火。
持续但未经证实的报道表明，比亚迪将向特斯拉提供 LFP Blade 电池。
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特斯拉的4680电池
电池公司表示，更多的创新正在进行中。特斯拉的 4680 电池和宁德时代的麒麟是最新电池创新的头条新闻。
特斯拉的圆柱形 4680 电池——以其尺寸命名，宽 46 毫米，高 80 毫米——比其前身大五倍。此外，4680电池采用了全新的“tables”设计，令人兴奋不已。
更大的电池意味着更多的活性电池材料空间和更少的外壳等浪费。Frith 说，无表设计允许电池保持快速充电速率而不会退化。
总而言之，4680 电池声称可以将续航里程提高 54%，其中仅电池设计就可以提高 16%。特斯拉声称它也将电池成本减半。
受飞机油箱的启发，特斯拉还采用了所谓的“结构”电池组。4680电池组作为车身结构，连接前后车身底部，摒弃了大家熟悉的“滑板”电池设计。特斯拉在 4 月 7 日的一次活动中表示，这种结构包大大减少了零件数量并简化了制造以节省成本。
特斯拉对 4680 电池和电池组进行了有限的公开展示。马斯克预计到第三季度末或第四季度实现量产。该公司正在内部制造 4680 电池，并与包括 LG Energy Solution 在内的亚洲公司合作，以扩大生产规模。
一些分析师表示，他们将不得不克服重大的技术问题。较大尺寸的电池往往会过热——这是该行业多年来一直在努力解决的问题。到目前为止，特斯拉还没有能够量产 4680 电池。这限制了潜在的成本节约，或特斯拉扩大规模的能力。
CATL 声称其新型麒麟电池的性能将优于特斯拉的 4680，在相同化学成分和电池组尺寸的情况下提供 13% 的功率。它采用改进的第三代“电池到电池组”技术，摒弃了组装电池的中间模块步骤。
宁德时代 5 月 5 日表示，3 月下旬宣布的麒麟电池将于第二季度亮相。预计将提供锂离子和 LFP 版本。
“特斯拉在高性能电动汽车的高镍、高能量密度电池方面处于领先地位，”电池金属研究公司 Adamas Intelligence 的数据和分析主管 Alla Kolesnikova 说。然而，她说，比亚迪在用于入门级电动汽车的大批量、低成本 LFP 电池方面处于领先地位，而宁德时代在两端都在创新。
在分析师看来，特斯拉拥有一些最先进的电池技术，但在价格上无法与中国电池巨头匹敌。分析师认为，特斯拉与传统西方汽车制造商相比，领先的地方在于它愿意开发和测试新的电池技术。
根据总部位于首尔的 SNE Research 的数据，特斯拉供应商宁德时代在 2022 年第一季度拥有全球 35% 的动力电池出货量。消息人士最近告诉路透社，宁德时代正在审查美国的电动汽车电池生产基地，这将标志着其首次涉足这里。
目前尚不清楚特斯拉是否计划提供具有 LFP 化学成分的 4680 电池。到目前为止，它在棱柱形而不是圆柱形电池中使用了 LFP。马斯克在一月份表示，特斯拉确实希望将家庭和公用事业的备用电源产品转换为 LFP 电池。
在固定存储中，能量密度需求往往较低。事实上，公司希望回收使用过的电动汽车电池，这些电池可能仍然有大量的汁液，用于包括备用电源在内的固定应用。
电池技术的未来
电池公司继续探索占主导地位的锂基化学物质的替代品。去年 7 月，CATL 发布了第一代钠离子电池，用于电动汽车和固定存储，目标是在 2023 年推出。
CATL 表示，尽管在早期，钠离子电池即使在非常寒冷的气候下也能保持良好状态，并且几乎消除了与锂离子电池相关的火灾风险。
分析师预计钠电池将在两年内成为锂电池的可行替代品。
“钠离子规格与 LFP 相距不远，使其适用于广泛的潜在应用，特别是在体积不是主要限制条件的情况下，”她说。
至少在最初，它将仅限于不太密集的应用以及高安全性和低成本的应用，例如备用电源、海上风电和电动踏板车。
钠离子电池也有助于解决关键电池材料的短缺问题。他们不使用锂、钴或镍，预计随着电动汽车的繁荣，需求会飙升。
与铁一样，钠在自然界中既便宜又丰富。然而，钠比锂重三倍，无法与锂的能量容量相匹配。
固态电池可以替代锂离子电池
除了钠离子，固态电池技术可以替代锂离子电池。开发固态电池的初创公司将锂离子电池称为一项传统技术，随着对更高性能的需求激增，达到了能量密度进步的极限。
固态电池承诺更高的能量密度和更快的充电速度，以及更低的火灾风险。因此，几家汽车巨头投资了 QuantumScape、SES 和 SolidEnergy。
与固态电池的最大区别在于电解质内部。虽然锂离子电池使用液体电解质，但它们的固态电池使用固态形式。
但分析师预测，固态技术从电池实验室转移到现实世界还需要很长时间。到目前为止，它一直受到导电性和不稳定性问题的阻碍。
在 一份报告中表示：“QuantumScape 仍需要证明它可以扩大其技术规模并解决未来的重大技术挑战。”
“即使一切按计划进行，该公司距离大规模生产还有几年的时间，甚至距离将其货币化还有更远的距离，”他补充道。
固体电解质的生产成本很高。
电动汽车“疯狂时刻”笼罩着锂和稀土
通往 2030 年之路：电池工厂、耗材
主要汽车制造商希望到 2030 年其汽车销量的一半是电动的。分析师预测，随着能源转型的加快，到十年末全球电池供应将只能满足预期需求的 60%。
这为寻求一种更便宜、更简单、更好的电池——提供了更多的紧迫性。
以增量和突破性收益为目标的电池技术公司已经完成了任务。汽车公司继续投资于新的电池工厂和技术进步。
与此同时，电动汽车目前仍将继续使用锂离子或 LFP 电池，成本可能会刺激来回转变。
一些突破性的电池技术可能需要十年或更长时间才能实现，例如固态电池。其他有前途的电池，如钠离子电池，虽然近在咫尺，但也有缺点。
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