大眾汽車(chē)“超級(jí)電池”解析 提升一倍電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航力

新能源汽車(chē)是當(dāng)前車(chē)企發(fā)展的重點(diǎn)，大眾汽車(chē)在該領(lǐng)域原先并不占優(yōu)，近年才推出真正量產(chǎn)銷售的高爾夫電動(dòng)車(chē)。為了提升在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的實(shí)力，大眾汽車(chē)正在開(kāi)發(fā)“超級(jí)電池”(Super-battery)，可大幅提升電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程，當(dāng)下接近在新電池技術(shù)上取得突破。

大眾汽車(chē)CEO馬丁·文德恩(Martin Winterkorn)日前在接受德國(guó)媒體采訪時(shí)表示：“大眾正在加利福尼亞州硅谷研發(fā)一款超級(jí)電池，新電池價(jià)格更低，體積更小，動(dòng)力更強(qiáng)勁。一款電動(dòng)版大眾品牌車(chē)型(在搭載超級(jí)電池后)純電動(dòng)續(xù)航里程有望達(dá)到300公里(186英里)。這將是電動(dòng)車(chē)(性能)質(zhì)的飛躍。”

作為對(duì)比，美國(guó)環(huán)保署EPA規(guī)定e-高爾夫純電動(dòng)車(chē)平均續(xù)航里程應(yīng)達(dá)到83英里(約合133公里)。這意味著倘若大眾“超級(jí)電池”性能如期，電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程將達(dá)到EPA對(duì)高爾夫電動(dòng)車(chē)要求的2.26倍。雖然300公里續(xù)航里程仍然不能和特斯拉Model S的265英里相比，但大眾將推出的是更具備價(jià)格可承受性的電動(dòng)車(chē)，例如下一代e-Golf。因而在推廣普及電動(dòng)車(chē)方面比Model S意義更大。

在過(guò)去的18個(gè)月里，大眾汽車(chē)集團(tuán)投放了三款電動(dòng)車(chē)，包括e-Up、e-Golf(高爾夫)純電動(dòng)車(chē)和Golf GTE。但大眾仍然對(duì)開(kāi)發(fā)純電動(dòng)車(chē)抱持慎重態(tài)度。

由于電池在能量密度上遠(yuǎn)不能同內(nèi)燃機(jī)相比，因此續(xù)航里程長(zhǎng)期以來(lái)是電動(dòng)車(chē)最大軟肋之一。許多國(guó)家出臺(tái)的新規(guī)定中，只有電動(dòng)車(chē)單次充電續(xù)航里程達(dá)到一定水平，方能享受補(bǔ)貼優(yōu)惠政策。

今年第二季度，大眾曾表示將于2015年7月份之前公布其純電動(dòng)汽車(chē)的電池選擇方案，正在研發(fā)下一代鋰離子電池單元技術(shù)，能量密度可達(dá)到當(dāng)前電池的5倍之多。

輪廓初顯

那么，大眾將采用何種技術(shù)大幅提升電池能量密度?并且顯著改善電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程?目前焦點(diǎn)主要聚集在現(xiàn)有鋰離子電池升級(jí)版解決方案，以及較新穎的固態(tài)電池技術(shù)兩個(gè)方向。

有觀點(diǎn)猜測(cè)大眾未來(lái)將轉(zhuǎn)向固態(tài)電池(尚未確認(rèn)是否固態(tài)鋰電池)。2014年第三季度，大眾曾經(jīng)表示看好固態(tài)電池前景，并入股研發(fā)固態(tài)電池的創(chuàng)業(yè)公司QuantumScape，股比5%。

大眾所看好的固態(tài)鋰電池究竟是什么?在電池的結(jié)構(gòu)中，一般來(lái)說(shuō)，電極為金屬導(dǎo)體，電解質(zhì)為某種液體。而固態(tài)電池顧名思義，使用的則是固體或凝膠態(tài)電解質(zhì)。固態(tài)電解質(zhì)大致分為無(wú)機(jī)物類及高分子類。其中，無(wú)機(jī)電解質(zhì)具有離子電導(dǎo)率高、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn);高分子電解質(zhì)具有生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。

與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，固態(tài)電池?fù)碛卸喾矫娴膬?yōu)勢(shì)。

首先是能量密度和儲(chǔ)能特性。在理想狀態(tài)下，固態(tài)鋰的擴(kuò)散速度(離子傳導(dǎo)率)超過(guò)液體電解液，理論上可實(shí)現(xiàn)更高的輸出。由于不必封入液體，可以簡(jiǎn)化電池外裝，既實(shí)現(xiàn)了小型化，又簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。根據(jù)部分企業(yè)的宣傳，業(yè)已制造出能量密度達(dá)每公升1.1千瓦時(shí)的電池，這一能量密度要比鋰離子電池的高大約 50%。未來(lái)固態(tài)電池甚至有望比當(dāng)前電池能量密度提高數(shù)倍。

其次是安全性能。從鋰離子充電電池內(nèi)部構(gòu)造而言，如果只有鋰離子移動(dòng)，而其它離子不移動(dòng)，則是最理想的狀態(tài)。無(wú)機(jī)電解質(zhì)就能夠做到只使鋰離子移動(dòng)。這樣可防止陰離子移動(dòng)導(dǎo)致的次生反應(yīng)，有助于提高安全性及耐久性。傳統(tǒng)采用有機(jī)電解液的鋰離子充電電池，過(guò)度充電、內(nèi)部短路等異常情況發(fā)生時(shí)可能導(dǎo)致電解液發(fā)熱，有自燃或爆炸的危險(xiǎn)。全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)和液體電解液相比不易燃燒，阻燃能力強(qiáng)，避免可燃液體泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，其安全性可大幅提高。

另外，在生產(chǎn)制造方面，如前所述電池外裝得以簡(jiǎn)化，從而能以卷對(duì)卷方式制造大面積的電池單元。此外，還可將多個(gè)電極層疊，并在電池單元內(nèi)串聯(lián)，制造出12V或24V的大電壓電池單元。

但固態(tài)電池目前也有其瓶頸，例如在工藝復(fù)雜程度等方面。另外，固態(tài)電池高倍率放電性能差，低溫特性不好。

前景看好

大眾汽車(chē)CEO馬丁·文德恩去年11月曾表示：“我認(rèn)為固態(tài)電池技術(shù)應(yīng)用潛力巨大，應(yīng)用該技術(shù)很有可能將電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程提升至700公里。”

除了性能，電池造價(jià)也將是突破的重點(diǎn)。當(dāng)下電動(dòng)車(chē)售價(jià)不菲，很大原因是由于電池組成本居高。

大眾汽車(chē)集團(tuán)負(fù)責(zé)研發(fā)的董事會(huì)成員諾薩(Heinz-Jakob Neusser)向媒體透露，公司未來(lái)所有的電氣化車(chē)輛可能轉(zhuǎn)向單一的鋰離子電池單元設(shè)計(jì)。雖然電池車(chē)型號(hào)規(guī)格各異，但統(tǒng)一的電池單元可以采用不同的封裝數(shù)量與方式，滿足各類需求。集團(tuán)的目標(biāo)是通過(guò)簡(jiǎn)化電池單元設(shè)計(jì)降低電池成本66%。

諾薩在圓桌會(huì)議上稱：“我們清晰地認(rèn)識(shí)到集團(tuán)需要通用化電池單元，這意味著集團(tuán)內(nèi)的每款產(chǎn)品、每個(gè)品牌都采用相同的電池單元，否則我們無(wú)法在開(kāi)發(fā)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)。”但諾薩沒(méi)有給出具體的路線切換時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

一位發(fā)言人表示，單一的電池設(shè)計(jì)可以充分利用大眾位于德國(guó)Braunschweig的電池模塊組裝廠產(chǎn)能，甚至可以由不同的電池供應(yīng)商采用統(tǒng)一的電池單元設(shè)計(jì)。

當(dāng)下，大眾汽車(chē)采用了多種鋰離子電池單元。例如松下為e-高爾夫、高爾夫GTE插電式混合動(dòng)力車(chē)、奧迪A3電動(dòng)車(chē)供應(yīng)電池，三星則為帕薩特GTE、奧迪其他電動(dòng)車(chē)供應(yīng)電池。