特斯拉首發無極耳電池?具體原理了解一下

2020-12-03 彎迅讀書

北京時間9月23日清晨4:30，萬眾矚目的特斯拉年度股東大會及「電池日」活動在加州弗利蒙特工廠舉行。其中，「電池日」是特斯拉首次專門針對電池技術舉辦的發布會。初次進行的「電池日」沒有讓廣大觀眾失望，46800型大尺寸電池、無極耳、陰極無鈷、陽極生矽等多種新特性讓人耳目一新，馬斯克還表示要建立一家自己的超級電池工廠，將電池續航上升54%，成本下降56%。

電池從業者和車主的激動可能讓外行人一臉懵，但電池成本的下降可是實打實的意義重大，一般而言，一臺新能源汽車中電池系統佔35%-40%，因此，電池成本下降必然會帶動整車價格下降，為每個有意向買車的消費者帶來實惠。

那麼鋰電池行業的現狀如何呢？這需要先了解鋰離子電池的工作原理。

首先了解下鋰電池和鋰離子電池的不同：

「鋰電池」，是一類由鋰金屬或鋰合金為正/負極材料、使用非水電解質溶液的電池。

紐扣電池就是鋰金屬電池

而「鋰離子電池」是以碳素材料為負極，含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子。

不同尺寸的鋰離子電池

這兩者的區別主要在於陽極材料的選擇上，鋰電池（鋰原電池或者鋰金屬電池）使用鋰金屬或者鋰合金為陽極，而鋰離子電池主要選擇的是石墨類材料。

說人話就是，鋰電池不能進行二次充電，而鋰離子電池可以充電後循環使用，也是目前被廣泛應用的原因。

鋰離子電池構成主要有正極、負極、非水電解質和隔膜四部分組成，為正極、隔膜、負極多層結構。其中，正極材料一般為錳酸鋰、鈷酸鋰或鎳鈷錳酸鋰；隔膜為具有微孔結構的高分子膜，可以讓鋰離子自由通行而電子不能通過；負極材料一般為石墨；電解液為溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑。

前面說到，鋰離子電池可以充放電，主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，鋰離子在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，鋰離子從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處於富鋰狀態；放電時，則相反。一般採用含有鋰元素的材料作為電極的電池。

而極耳就是從電芯中將正負極引出來的金屬導電體，通俗地說電池正負兩極的耳朵是在進行充放電時的接觸點。特斯拉之所以採用無極耳設計也在他們之前的專利中有所提及，「當前的電池使用果凍卷式設計（即將多層材料平面層壓成薄片之後再捲起來，然後塞進一個圓柱形的微型容器裡），將陰極、陽極和隔板卷在一起，通過陰極耳和陽極耳連接到電池容器的正極和負極端子。電流必須流經這些極耳才能到達電池單元外部的連接器。但是，當電流必須一直沿著陰極或陽極流到極耳並流出電池單元時，電阻也會隨著距離的增加而相應提高。此外，由於極耳是額外的零件，因此增加了成本並帶來了製造難度。」

而這一專利又說明了無極耳電池的製作方法，「本專利涉及至少有一個無耳電極電池單元的存能設備及其化成方法。電池單元包括一個布有第一塗層的第一襯底，其中第一襯底沿寬度近端的第二部分由導電材料構成。第一襯底上方布有內隔板，內隔板上方布有第二襯底，其上布有第二塗層。第一襯底、內隔板以及第二襯底以連續的方式繞中心軸捲起來。」

這裡作者理解是特斯拉將以前從各層引出連接到一起的金屬極耳去掉，而是直接將各層靠近兩端位置改用導電材料，使其直接傳輸電流，從而避免了電流在極耳中傳輸的損耗，因此有人說「無極耳就是多極耳」，多層直接連接，可不就是多極耳嗎。

不管怎樣，特斯拉這次「電池日」活動推出的新型電池和多種新想法、新概念，無疑對整個電池製造領域帶來衝擊，也對電動汽車產業帶來影響。特斯拉把手伸到電動汽車的上遊，準備建立更加完整的產業鏈，對降低其電動車成本極為重要。

當然，不只是電動汽車領域，如果新型電池性能真的如特斯拉所講，自然會被應用於數碼產品等其他需要鋰離子電池的領域，畢竟，誰不想增加續航時間呢，而且之前的「21700」型電池已有被引入其他領域的先例。總而言之，新的電池技術的推出，降低成本，增加續航，對我們消費者來說都是好事，靜待新電池量產的好消息。

參考文獻：

[1] Piero.特斯拉聲東擊西，顫抖的鋰電池產業鏈.

[2] 福布斯中國. 特斯拉「電池日」公布重磅技術突破，將如何震動新能源電池產業？

[3] 極果. 特斯拉推出更環保的新型電池，電動車必將成為未來的發展趨勢.

[4] 朱穎. 鋰電池工作原理和結構圖解，看完你就懂了！

[5] 新浪汽車. 特斯拉申請無極耳電池單元專利 意圖大規模自行生產電池.

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