特斯拉电池主要供应商Panasonic,今日宣布将在2027年发布无负极电池,这款新电池能量密度大幅提升,若装在Model Y上将能增加140公里续航。
Panasonic正在开发中的“无负极电池”,是将电池中的负极(通常是石墨制造)移除,借此容纳更多正极材料(镍、钴、锰或铝),大幅增加电池容量,却不会增加电池体积。取代传统负极的,是一块在首次充电时形成的锂金属“临时”负极,这块临时负极会在放电时,随着锂离子移动回正极而消失。
这样的设计有两个方向的优势,它可以增加更多正极材料,在体积相同的前提下提升电池容量,或者,它可以减少镍跟钴这类昂贵原料,在电池容量相同的前提下,降低成本。
如果以特斯拉Model Y后驱版为例,换上Panasonic无负极电池后,电池组体积相同,却可以增加大约145公里的续航能力,差不多是提升了25%可行驶里程,让满电续航里程逼近720公里。这样一来,Model Y的续航力就可以媲美那些搭载上百度电池的高端休旅车,但成本远低于对手。
无负极电池研究已经进展多年,最主要的瓶颈在于锂离子的状态。临时负极是由锂离子沉积形成,但如果沉积不均匀,就会形成“锂枝晶”,容易造成电池短路。另外,无负极设计的库伦效率低于99.9%,也就是说每一次循环都会损失一些锂,这会导致电池寿命较短。
目前最新的论文显示,在采用柔性保护层时,无负极电池的循环寿命可以达到350次,已经是当前理论上最好的表现,但市售主流的锂电池循环寿命都在数千次以上,Panasonic想要实现商业化量产,必然要突破这个难题。
另一个尴尬的挑战是“首次充电”,在初始状态下电池内并没有负极,一直到首次充电时才会形成临时锂金属负极,如果第一次沉积时没有形成一个完整的界面层(SEI),后续的寿命就会大幅下降,有点像是玩游戏时首抽开局,如果抽到一个粪角,后面就会很辛苦。
这些难题并非不可解,通过添加不同材质,调整比例,设置引导设备等方式,无负极电池要商转只差临门一脚,这对特斯拉来说至关重要,因为特斯拉是全世界少数不追求固态电池的车厂,假设其他竞争者(大众、Toyota)真的在2027推出量产固态电池,特斯拉至少也要有无负极电池来抗衡。
(首图来源:Panasonic,图为4680电池)