編者按：隨著電動汽車在全球多個市場份額比例不斷增加，越來越多的汽車制造商都開始推出各種款型的電動汽車。除此之外，研發(fā)新一代電池技術的競爭也愈加激烈。這篇文章來自編譯，文中介紹了汽車制造商紛紛在電池技術領域布局的發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀。
Factorial Energy工廠的工作人員正在測量電池的電壓和電阻。圖片來源：Tony Luong
在電動汽車電池制造方面，亞洲制造商已經(jīng)遙遙領先。目前，美國汽車制造商及其供應商正競相開發(fā)更具價格優(yōu)勢、容量更大、充電更快的新一代電動汽車電池。
隨著內燃機時代逐漸走向衰落，用不了幾年時間，市面上就會出現(xiàn)由各種電池驅動的電動汽車，玲瑯滿目，令人眼花繚亂。無論是對汽車制造商、小型電池制造初創(chuàng)企業(yè)，還是汽車消費者而言，這場全球性的競爭也必然會對經(jīng)濟的發(fā)展帶來巨大的影響。
電池化學成分本屬于工程師領域的一項技術科目，但現(xiàn)在卻成為通用汽車（General Motors）、豐田（Toyota）、福特汽車（Ford Motor）和大眾（Volkswagen）等汽車制造公司董事會會議上的熱門議題之一，甚至連美國政府都非常關注這一問題。
在政府財政和技術的支持下，這些大型汽車公司也在欣然面對并接受試圖研發(fā)新一代電池的初創(chuàng)企業(yè)的挑戰(zhàn)，以免被電動汽車引領的新一輪工業(yè)革命所淘汰。
汽車制造商掌握電池技術的能力高低，將直接決定它們是繁榮發(fā)展，還是被特斯拉等新興電動汽車制造商所代替。
電池將決定電動汽車新車出廠價，并可能成為電動汽車的標志性特征。就好比相機的數(shù)百萬像素和計算機芯片的處理速度一樣，汽車消費者只會更加關注電動汽車的電池，其具體特性就將成為消費者判別和購買電動汽車的衡量標準。
圖片來源：Kendrick Brinson
福特汽車首席產(chǎn)品及平臺運營官唐浩泰（Hau Thai-Tang）說，“電動汽車所配置的電池將成為未來汽車品牌差異化的全新參考因素。因此，我們也在積極地研發(fā)電池技術?！?/p>
另外值得一提的是，由于電池技術也可以讓汽車、卡車和電力行業(yè)不再依賴于石油、煤炭和天然氣，因此，電池也將在緩解氣候變化方面發(fā)揮核心作用。
由于電動汽車需求不斷上漲，汽車制造商也在大力攻克電池化學問題，想方設法減少電池成本，提高電池性能。目前，在電動汽車制造總成本中，電池成本約占四分之一到三分之一，大多數(shù)電池都是由少部分亞洲企業(yè)生產(chǎn)制造的。
即便是電動汽車行業(yè)的主要制造商特斯拉，也依賴于亞洲供應商。目前，特斯拉也在尋求自主研發(fā)制造電動汽車電池。
前不久，美國總統(tǒng)拜登鼓勵企業(yè)將更多電池供應鏈轉移到美國境內。俄烏沖突凸顯了這種倡導的戰(zhàn)略意義。受沖突影響導致烏克蘭西部的零部件供應出現(xiàn)問題，大眾汽車被迫暫時關閉其在德國的主要電動汽車工廠。
包括 Stellantis 集團在內的多個汽車行業(yè)巨頭都在與美國固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè) Factorial Energy 等初創(chuàng)企業(yè)展開合作，共同開發(fā)電動汽車固態(tài)電池。 Factorial Energy 公司總部位于波士頓附近的小鎮(zhèn)沃本（Woburn）的一個辦公園區(qū)，員工規(guī)模不足 100 人。
譯者注：Stellantis 集團是一家由標致雪鐵龍集團（PSA）和菲亞特克萊斯勒集團（FCA）以 50:50 的股比合并而來的汽車制造商及出行方案提供者。
Factorial Energy 公司高管已經(jīng)無暇接聽能夠為他們提供資金的汽車制造商的電話，轉而將重點聚焦于研發(fā)充電更快、儲能更大、并且不容易導致發(fā)熱的電池。
圖片來源：Kendrick Brinson
Factorial Energy 公司聯(lián)合創(chuàng)始人黃思宇（Siyu Huang）表示，“金錢乃身外之物。我們希望能夠研發(fā)出最安全的電池，改變人們的生活方式?！睋?jù)悉，她在康奈爾大學（Cornell University）讀研究生時就已經(jīng)開始針對電池技術展開大量實驗。
拜登政府高級官員表示，他們認識到美國目前沒有充分利用國內電池技術，并希望在這方面提供幫助。
美國能源部（The Energy Department）正考慮為生產(chǎn)電池或提供制造電池所需部件或關鍵礦物的企業(yè)提供補貼。根據(jù)有關機構的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，美國能源部已經(jīng)收到至少 10 份補貼申請，這些申請涉及的補貼金額共計超過 1500 萬美元，申請企業(yè)都希望通過補貼來支持其電池相關的研發(fā)項目。
今年二月，美國交通部長皮特·布蒂吉格（Pete Buttigieg）表示，創(chuàng)新的失敗對他的家鄉(xiāng)印第安納州北部工業(yè)城市南本德（South Bend）造成了巨大影響。這座城市曾是有數(shù)十年造車歷史的斯圖貝克汽車公司（Studebaker）所在地，該公司后來在上個世紀 60 年代倒閉。
“無論是在過去、現(xiàn)在還是未來，創(chuàng)新始終是汽車行業(yè)的核心所在。如今，美國有機會成為電動汽車革命的引領者?！辈嫉偌裾f。
圖片來源：Tony Luong
更便宜耐用的電池
在短期之內，我們能見證的最直接變化就是電池的構成元素。
目前，電動汽車所使用的大多數(shù)鋰離子電池都依賴于鎳、錳和鈷，但特斯拉和福特汽車等汽車制造商正嘗試在一部分車型上使用磷酸鐵鋰（LFP）電池，中國許多電動汽車制造商就在采用磷酸鐵鋰電池。
值得一提的是，每單位磷酸鐵鋰電池的儲能相對較少，但它們的造價要便宜得多，壽命也更長。
特斯拉計劃在續(xù)航時間較短、售價較低的電動汽車上使用磷酸鐵鋰電池。福特汽車也計劃在其搭載全新電動汽車電池系統(tǒng) Ion Boost Pro 的商用車上使用磷酸鐵鋰電池。
福特汽車高管唐浩泰提到：“快遞配送可以使用搭載 Ion Boost Pro 電池系統(tǒng)的商用電動車，在一定地理位置范圍內，水管工、電工、園林設計師等人士都可以使用這種電動車?！?/p>
唐浩泰表示，福特汽車正與韓國電池制造商 SK Innovation 合作制造電池，但他們希望能夠將更多的制造環(huán)節(jié)保留在美國境內?！斑@也將減少一些地緣政治和物流成本方面的挑戰(zhàn)?！碧坪铺┱f。
不過，磷酸鐵鋰電池并不是全能的解決方案。使用磷酸鐵鋰電池的特斯拉汽車每次充電后的續(xù)航里程只有約270英里（約435公里），而其他使用鎳和鈷等材料的電池，續(xù)航里程則能達到358英里（約576公里）。
此外，當溫度下降至零度以下后，磷酸鐵鋰電池的能效都會受到一定的影響，而且充電所需時間也會更長。
新設計新成分
福特新推出的 F-150電動皮卡尚未上市，但目前預售已經(jīng)突破了20萬輛。這款電動皮卡使用的電池也是由韓國 SK Innovation 公司制造，并且電池中的鎳含量極高。
今年二月，特斯拉表示其已經(jīng)為下一代4680型無極耳電池制造了100萬塊電池單元，特斯拉 Model Y就已經(jīng)搭載了4680型電池。據(jù)特斯拉CEO埃隆·馬斯克（Elon Musk）表示，獨特的蜂窩狀設計將使電池續(xù)航里程提升16%。2020年，他還說：“在這之前，一切都很難，但在這之后，一切都迎刃而解。”
通用汽車公司聲稱，其研發(fā)的 Ultium 電池所需的鈷材料比雪佛蘭（Chevrolet）Bolt 電動車搭載電池所需的鈷材料少70%，并且他們還在電池中添加了鋁材料。該公司最近開始銷售的 GMC 悍馬皮卡，也是首款搭載 Ultium 電池的電動車。
通用汽車與韓國電池制造研發(fā)企業(yè)LG Chem合作，正在俄亥俄州洛茲敦（Lordstown）投資23億美元，建設一座電池工廠。美國目前至少有13家在建大型電池工廠，這家工廠就是其中之一。
電池對汽車品牌推廣而言愈顯重要。例如，通用汽車就開始專門投放廣告，宣傳其全新的 Ultium 電池。這也是汽車制造商宣傳其電池可靠性和安全性的一種方式。另外值得一提的是，通用汽車還不得不召回雪佛蘭 Bolt 電動汽車，以解決可能會引發(fā)火災的電池缺陷問題。
橡樹嶺電池制造中心負責人伊利亞斯·貝爾哈魯瓦克。圖片來源：Kendrick Brinson
位于田納西州的橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Lab）是美國能源部下屬的大型國家級實驗室。該實驗室一個由25名科學家組成的團隊也希望進一步推動電池創(chuàng)新。
科學家們在傳統(tǒng)電動汽車電池的基礎上，研發(fā)出了一款還處于試驗階段的無鈷電池。他們花費了數(shù)周時間對電池展開充放電實驗，并測量其性能。
橡樹嶺電池制造中心（Oak Ridge Battery Manufacturing Center）負責人伊利亞斯·貝爾哈魯瓦克（Ilias Belharouak）表示，該項目的目標是將電池成本降低一半，實現(xiàn)將電池續(xù)航里程提高至少300英里（約480公里）的目標，并爭取將充電時間壓縮至15分鐘以內。（目前，電池充滿電通常需要30分鐘到12小時，具體取決于電動汽車和充電插座具體情況）。
美國能源部去年年底向七個國家級實驗室撥付了兩億美元的補貼，橡樹嶺國家實驗室的部分項目也享受了這一補貼的支持。三月初，美國能源部還舉辦了一場“虛擬推介會”。在會上，多個電池設計方都向科學家、政府官員和行業(yè)高管展示了其設計方案。
探索固態(tài)電池
Factorial Energy 公司以及固態(tài)電池公司 Solid Power 和 QuantumScape 等美國初創(chuàng)企業(yè)都在力圖徹底改變電池的制造方式，而不僅僅是改變電池成分。
現(xiàn)有電池主要依靠液體作為電解質溶液。電解質在水溶液中能夠電離，生成陽離子和陰離子，在電場作用下它們將向相反方向移動，形成電流，產(chǎn)生導電現(xiàn)象。相比之下，固態(tài)電池不存在液體電解質，因此，電池重量更輕，儲存電量更多，充電速度也更快。固態(tài)電池也不易燃，因此，所需的冷卻設備也更少。
目前，大多數(shù)主流汽車制造商都非?？春霉虘B(tài)電池技術。
圖片來源：Tony Luong
大眾汽車已經(jīng)向總部位于加州圣何塞（San Jose）的科技公司QuantumScape投資一億美元，共同建立一家合資公司，用來研究固態(tài)電池技術。寶馬（BMW）和福特汽車也在向總部位于科羅拉多州路易斯維爾（Louisville）的固態(tài)電池企業(yè) Solid Power 投資。另外，通用汽車也投資了鋰金屬動力電池企業(yè) SES AI Corporation，這是從麻省理工學院剝離出來成立的公司，總部位于馬薩諸塞州沃本（Woburn）。
但目前尚不清楚固態(tài)電池到底將于何時問世。Stellantis 集團曾稱，其希望在2026年之前向消費者市場推出由固態(tài)電池驅動的電動汽車。但行業(yè)其他公司高管則表示，這項技術可能要到2030年左右才能廣泛應用。
不管怎樣，只在是要固態(tài)電池研發(fā)領域率先獲得成功的汽車制造商，都將獲得巨大優(yōu)勢。
Factorial Energy公司的黃思宇表示，她和合伙人亞歷克斯·于（Alex Yu）經(jīng)常通宵工作，希望盡快達到技術基準。
她說，自己小時候成長的地方空氣污染明顯，這一經(jīng)歷也在不斷激勵她。“我們創(chuàng)立公司的使命就是為無化石的未來而奮斗，這也是我終生奮斗的目標?！彼f。
Factorial Energy公司已經(jīng)獲得梅賽德斯-奔馳（Mercedes-Benz）和現(xiàn)代汽車集團（Hyundai）的投資。該公司的終極目標是在世界各地建立電池工廠。考慮到該公司前不久剛搬進了更大的辦公室，這也是一個雄心勃勃的目標。
圖片來源：Ford
在數(shù)不勝數(shù)的實驗室里，身穿白大褂、表情嚴肅的研究人員正在對電池原型展開測試。
專注于收集鋰離子電池領域信息的行業(yè)研究公司 Benchmark minerals Intelligence 首席運營官安德魯·米勒（Andrew Miller）表示，盡管整個行業(yè)都表現(xiàn)出極度狂熱的研發(fā)投入，但目前的現(xiàn)實問題是，我們可能難以滿足制造新一代電池這一需求，因為在全球范圍內，目前還難以開采和加工足夠量的電池制造原材料，尤其是鋰。
“考慮到汽車制造商對外公布的各種新車型，以及他們在未來三年的行動計劃，我有一個很大的疑問，即他們的原材料到底從何而來？”米勒說。