大多数电动汽车电池由不同数量的锂离子、钴、镍、锰、硅和电解液制成。其中包含电池单元,它由正极和负极、隔板、电解液以及正负极电流收集器(想象一下 AA 电池的平坦侧和凸起的侧)组成。但这到底是什么意思?为什么是锂?哪些离子?别担心——爱德蒙兹会解释电动汽车电池的组成材料。
首先,让我们确定,即使特斯拉电池和雪佛兰 Bolt 电池都是锂离子电池,但这并不意味着它们是由相同的材料制成的。电池化学对电池组的充放电方式、其散热方式、电池组中每个单元可以存储的能量以及每个单元的成本有很大影响。这就是为什么像松下、宁德时代、三星 SDI 和 LG 这样的电池制造商一直在努力调整其化学成分,以获得最佳性能和最低成本。
由于每家公司都有自己的专利配方,因此大多数制造商的电池单元的确切配方都不是公开信息。不过,基本成分或多或少都是相同的,让我们从锂开始分解它们的作用。
**锂**锂离子 (“锂离子”的简称) 电池中的锂构成正极和负极,即电池单元的正负两极。锂离子在电池单元的正极(正极)内部移动,并产生电子,由于是带负电荷,所以它们想要到达电池的负极(负极),但由于正极和负极之间的隔板而无法到达。这意味着电子将从电池的正极流出,通过你的设备,为其供电,然后回到负极。
电池中的锂不是纯元素锂,因为它与其他元素的反应性太强,不安全。相比之下,所使用的锂是以锂金属氧化物的形式存在的,这稳定了混合物。在大多数情况下,制造商在电池的正极侧使用锂钴氧化物,在负极侧使用锂碳化合物。
**钴**钴在电池中使用有两个主要原因。首先,它提供了极好的能量密度,这意味着电池单元使用更多的钴(到一定程度),可以存储更多的电能。另一个优点是钴增加了电池单元的热稳定性。为什么热稳定性很重要?在我们关于电动汽车火灾的相关文章中,我们提到,电池对温度变化的反应性越小,发生热失控的可能性就越小,因此不太可能引发难以扑灭的锂电池火灾。
过度依赖钴确实有其缺点。钴被认为是一种稀土元素,顾名思义,它并不常见。这使得其来源昂贵。它也往往出现在政治和社会动荡的地区,这可能导致价格剧烈波动,以及采矿公司和所在国家对人权的大量侵犯。
这些问题促使电池制造商尝试减少其化学成分中的钴含量。他们用镍抵消钴,镍的价格要便宜得多,也不那么稀有,但它也有缺点。
**镍**与钴类似,镍用于电池中以增加电池单元的能量密度。然而,与钴不同的是,富镍电池单元可能会在正极表面出现微裂纹。这会导致性能比钴含量高、镍含量较低的电池在更短的时间内下降。
使用镍仍然有很多优点。首先,它的售价约为每吨 18,000 至 21,000 美元,而钴的价格通常超过每吨 30,000 美元,而且价格波动更大。其次,通过在正极结构中使用“梯度”,可以减轻那些导致性能损失的微裂纹。这意味着正极的中心主要是镍,然后在其上覆盖具有不同性能特征的其他金属。
**锰**许多电池化学成分中的第三个主要成分是锰。当镍和钴与锂一起工作增加能量存储时,锰保持了一切的稳定性。它是一种结构添加剂,因此其使用比例低于镍或钴。
**硅**硅与锂和碳一起用于负极,以增加能量密度。当使用镍和钴增加电池正极侧的能量密度时,这些电子将在穿过电动汽车的电机后需要一个去处。硅非常棒,因为它稳定、便宜,并且可以容纳大约 10 倍于石墨的电子。
**电解液**如果没有电池单元中的电解液,电子就无法在充电期间从负极移动到正极。这是让整个电池工作的秘诀。电解液有几种类型,其化学成分可能很复杂,但它们分为几个不同的家族。
水溶液是液态的,而非水溶液则不是。然后是有机液体,它比有机水溶液和非水溶液具有更高的温度稳定性和更好的传输特性。其次,有使用塑料作为粘合剂的聚合物电解液。最后,还有混合电解液,它是其他类型的混合物。
**隔板**电池内部隔板的主要作用是通过隔离正极和负极来防止短路发生。隔板通常由微孔塑料制成,并允许一些电子从正极直接流向负极,这称为自放电。这是正常的,但当电池温度过高时,隔板将成为电池的一种熔断器。隔板中的塑料会熔化,并且那些微孔会闭合,从而完全将电池的一侧与另一侧隔离,并有望防止严重的火灾发生。
**爱德蒙兹说**电动汽车的电池内发生了大量的高级化学反应。由于许多电动汽车电池依赖稀土金属,因此它们构成了车辆最昂贵的部分,也是建议零售价保持高的一个原因。
此故事由爱德蒙兹制作,并由 Stacker Media 审查和发布。
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