虽然大多数电动汽车制造商正在优化现有的锂离子电池解决方案,通用汽车(GM)却已转向锂金属电池的下一代电动汽车。

 

电动车的续航里程有限,其中大部分最大续航里程为380英里(610公里)以下,这是电动汽车广泛采用的主要障碍之一。汽车制造商和研究人员通常会寻找三种解决办法:高能效汽车系统、改进的电池充电技术或更高容量的电池。

 

 

市场上流行电动汽车续航里程 近日,通用汽车(GM)对第三种解决方案进行了大量投资,将更高容量的电池作为该公司的远程电动汽车解决方案。尽管与之竞争的电动汽车制造商(如特斯拉)已通过修改锂离子电池的结构来寻求更高容量的电池,但通用汽车电池解决方案的研发方向已完全与锂离子电池分道扬镳。

 

取而代之的是,这家汽车巨头选择开发锂金属电池,希望能制造出更高容量、更低成本的电池。与锂离子电池相比,电动汽车用锂金属电池有哪些优点?为什么到目前为止,这项技术还没有被制造商们广泛采用呢? 

 

1、锂金属电池vs锂离子电池

锂金属电池的工作原理与锂离子电池相似。在锂离子电池中,阳极和阴极由一个用电解液“湿润”的隔膜分开,以促进锂离子在阳极和阴极之间的运动。隔膜隔离阳极和阴极,以防止短路,同时只允许锂离子通过电解液。这就产生了功能电流。

 

在锂电池中,阳极通常由石墨制成,而阴极由锂钴氧化物组成。锂金属电池也以同样的方式工作,但它使用的不是石墨阳极,而是高能锂金属。

 

 

锂离子电池工作原理 据华盛顿州立大学的研究人员称,锂金属被认为是电池的“梦想材料”,因为所有已知的固体材料中,它的能量密度最高。事实上,锂金属电池每磅至少比锂电池多储存33%的能量,可以产生更高容量和更轻重量的电池。 

 

2、锂金属电池面临的挑战

虽然锂金属看上去像是电动汽车开发商的一个明确的候选者,但对电池安全性的担忧一直是一个主要限制。当锂离子在正极和负极之间转移时,锂金属电池更容易在锂金属上形成树枝状固体针状结构——枝晶。如果不加以控制,枝晶最终会穿透阴极,使电池短路,并有可能燃烧电池的电解液。 

 

 

枝晶形成可能穿透阴极引起短路 即使电池不着火,枝晶也会增加自放电,这意味着锂金属电池失去了长期储存电荷的能力。由于这些缺点,制造商们大多放弃了这种电池类型,转而使用它更为成熟的同类产品锂离子电池。然而,随着近年来对锂金属电池的更多研究和投资,这项技术似乎正在卷土重来。 

 

3、通用汽车押注金属锂

六年前,通用汽车投资了一家名为SolidEnergy Systems(SES)的初创公司,这家公司正在研究开发和制造锂金属电池的新方法,这些电池实际上是安全的。现在,两家公司已经宣布了一项联合开发协议,其中一部分涉及在马萨诸塞州沃伯恩建造一条制造原型生产线的计划。 

 

 

通用汽车锂金属电池原型 尽管大多数信息仍处于保密状态,但两家公司都将自己的锂金属知识产权带到了谈判桌上,仅通用汽车一家就拥有49项专利,正在等待45项专利批准。通用汽车公司声称,他们已经开发出一种带有保护阳极的锂金属电池,在一个研究设施中完成了超过15万英里的测试。这一合作关系旨在加速两家公司的锂金属研发,最终有望在2023年前推出商用电池。