能量密度遇瓶頸，電動汽車還能跑多遠？

溫昕

新能源汽車能量密度提高，安全風險也會隨之增加。據高工鋰電統計，僅2020年7月份，就有14起公開報道的電動汽車失火事故。

一方面是越來越高的續航需求，另一方面是不斷出現的安全事故，續航和安全仿佛成為了矛與盾的關系。如果能量密度不能提升，越來越高的續航需求就意味著車內的電池體積越來越大，而這也會帶來新的問題：車重、車貴、擠壓內部空間。

電動汽車要想同時滿足續航、安全、經濟性的話，下一步應該怎么走？

繼續攻堅？發展固態電池

當前，傳統鋰離子電池能量密度的提升遭遇瓶頸。以三元鋰電池為例，想要提升能量密度只能往電池中加鈷或者鎳，而由于鈷材料的成本越來越高，企業只能在電池中提高鎳材料的比例，但隨之而來的問題就是電池的熱穩定性下降，帶來更大的安全隱患。有些企業為了降低成本正在打造“無鈷電池”，通過新的材料代替鈷在電池中的位置。

今年5月，蜂巢新能源發布了兩款NMx無鈷電池，一款基于590模組電芯設計，能量密度達到245Wh/kg;由于是基于通用模組設計，新電池可以搭載到大部分新的純電汽車平臺上。另一款是L6薄片無鈷長電芯，能量密度為240Wh/kg，可以讓車輛續航達到880km。從數據來看，245Wh/kg已經接近NCM811電池的能量密度，據蜂巢新能源介紹，無鈷電池的成本較三元鋰可降低5%-15%。

總裁楊紅新表示，預計將在2021年第三季度量產搭載無鈷電池的整車。蜂巢新能源的無鈷電池有三項關鍵技術，一是陽離子摻雜技術。蜂巢采用了兩種化學鍵能更強大的元素，替代鈷摻雜到材料中，通過強化學鍵穩定氧八面體結構，該技術減少了鋰鎳混排，大幅改善了材料的穩定性，提升能量密度的同時實現了降本。

二是單晶技術。單晶技術可以改變電池的安全性和壽命，與多晶相比，有更強的顆粒強度和更穩定的結構。單晶的穩定性可以帶來超長使用壽命，電芯壽命與高鎳多晶相比提升70%。

三是納米網絡化包覆技術。蜂巢在無鈷材料的合成過程中采用納米網絡包覆技術，在單晶表面包覆一層納米氧化物，可以減少正極材料跟電解液的副反應。該技術有效的改善了高電壓下的材料循環性能。

根據《汽車產業中長期發展計劃》和《節能與新能源汽車技術路線圖》的相關指引，動力電池系統的能量密度需要在2025年至2030年達到350Wh/kg，來滿足市面上乘用電動汽車的續航要求。但就目前來看，在未來五年內讓電池能量密度在達標的同時滿足安全性和低成本要求，實現起來很難。這樣的話，轉向研發固態電池不失為更好的選擇。

顧名思義，固態電池與傳統的三元鋰和磷酸鐵鋰電池最大區別就是其采用了固體電極和固體電解質，不僅能量密度有大幅提升，在安全性上也更好。因此，固態電池也被認為是下一代動力電池技術的重點發展方向。

但固態電池的研發也存在技術難題，由于不需要液體的浸潤，僅需要固態電解質將正負極片隔開，那么金屬物質材料的選擇就變得非常關鍵。而目前這項技術最大的挑戰在于，由于固態電解質導電率總體低于液態電解液，導致目前固態電池的性能整體偏低，內阻較大，所以固態電池暫時無法滿足電動汽車的快充要求。

但日前，北汽新能源成功下線了一臺搭載固態電池系統的純電動汽車樣車。據悉，這臺樣車也是國內首次公開的可行駛的固態電池樣車。

改變思路？升級基礎部件

另一種思路是從基礎零部件出發。特斯拉曾計劃在首款車型Roadster上裝備一臺兩個檔位變速箱和一臺180kW的電機，但后續由于變速箱的質量差強人意，變速箱樣機在僅僅使用40秒之后就接近報廢。這使得特斯拉不得不放棄該計劃，并采用異步電機搭配單速變速箱的方案，但為了實現相同的性能，特斯拉不得不將電機功率升至240kW，電池容量升至80kWh，造成整備質量較高，且中高速表現不如寶馬i8。

電動車高速巡航較弱似乎是所有純電動汽車的一個痛點，因為電機的輸出是一個線性區間，電機轉速越快，車速就越高。且不同于內燃機，后者存在工作范圍，需要在無負載的情況下才能啟動，而電動機從最開始就可以實現較大的動力輸出，這也是為什么電動車起步那么快。說回來，為什么電動汽車高速表現不行，一是考慮到電量消耗，二是單速變速箱只有一個齒比，電機轉速到頭了，車速自然也就到頭了。

你以為給電動車裝多檔位變速箱只是為了提高車速？不是的。根據河北工業大學新能源汽車研究中心的數據，搭載二檔變速箱可以讓一臺普通電機的性能提升近20%。另根據湖南大學一位車輛工程學者的碩士論文，裝配多檔位變速箱的電動汽車爬坡度更大，車速更高，加速更快，最主要的是，更省電。

這樣看來，多檔位變速器可以讓電動汽車的經濟性更上一層樓，讓車輛對電池和電機的要求更低，為何市場上仍未普及電動汽車用多檔位變速箱？還是技術難度。同樣是解決續航或者動力問題，相比于升級現有的電池電機技術，重新開發一套針對電動汽車使用的變速箱顯然更有難度，成本也更高。

但相對于“快刀斬亂麻”式的暴力升級電機電池，分散出一些精力來投入動力控制方面的研發，減小車輛其他方面的能量消耗，同樣能讓電動車跑的更遠。