动力电池未来可期！十年内将再建90个特斯拉千兆级工厂！

电动汽车的动力电池已迅速发展为新一代汽车和卡车最关键的部件和最主要的费用。它们不仅代表着清洁交通的潜力，也代表着地缘政治力量、工业主导地位和环境保护的广泛转变。

根据最新的预测，到2030年，电动汽车将占美国新乘用车销量的一半以上。一项估计表明，全球电池市场的潜在增长可能需要在未来十年内再建造90个特斯拉千兆工厂规模的设施。

为绝大多数电动汽车提供动力的锂电池，也存在于智能手机等设备中。锂非常活泼，用它制成的电池可以形成高效、密集的能量存储形式。由于成本下降和性能改善，预计在可预见的未来，这类电池仍将在电动汽车中占据主导地位。

目前，电动汽车电池的重量通常在1000磅左右，制造成本约为15000美元，其电力可供一个典型的家庭运行几天。虽然它们的充电能力会随着时间的推移而下降，但它们应该可以使用10到20年。

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那么，锂电池如何提供动力？

每一个电池都是由数百甚至数千个锂离子电化学电池组成的密集集合，通常呈现圆柱状或袋状。每个电池包括一个正极（通常包含由镍、锰和钴制成的金属氧化物）、负极、石墨基阳极，中间是一种称为电解质的溶液。

这就是锂的反应性发挥作用的所在。它松散的外层电子很容易分裂，留下锂离子（原子没有外层电子）。电池基本上是通过来回撞击这些离子和电子来工作的。

在充电循环期间，通过外部电源引入的电流将电子与阴极中的锂原子分离。电子绕着外部电路流到阳极，阳极通常由石墨组成，石墨是一种廉价、能量密集且耐用的材料，擅长储存能量，而离子化的锂原子通过电解质流到阳极并与其电子团聚。

在放电循环期间，该过程会反转。阳极中的锂原子再次与电子分离，离子穿过电解质，电子流过为电机供电的外部电路。

电动汽车的扩张对制造电池所需的矿物质产生了巨大的需求。原材料碳酸锂的价格在2010年至2020年期间保持相对稳定，但在2020年至2022年期间上涨了近十倍，在全球范围内刺激了新的投资。仅在美国，就有十几家电池厂和许多潜在的采矿项目正在开发中。但是，对原材料的需求伴随着巨大的环境、政治和社会成本。

钴是一种常见的阴极成分，绝大多数来自刚果民主共和国，因童工和强迫劳动而臭名昭著。美国大部分原材料供应都在部落土地上。智利是锂的主要生产国，希望从跨国公司手中夺回对生产的控制权。

电池开发商寻求减少稀有金属的使用，并改善回收利用。初创企业和汽车制造商也在竞相设计和制造下一代电池，以消除材料挑战并提高效率。例如，新一代锂离子电池已经不再使用钴。科学家还测试了钠硫电池和固态电池，钠硫电池由更便宜、更丰富的原材料制成，固态电池顾名思义就是用固态化合物代替液态电解质。它们可能提供更轻、更稳定、更快的充电选择。

预测显示，电动汽车将在短短几年内实现与基于内燃机的汽车的价格平价，从而加速普及。专家们预测，随着国家和公司争夺该行业十几个主导者的地位，电池制造业将迎来迅速扩张、整合和试验。离子在电池的阴极和阳极之间进行的微小旅行可能会成为下一个十年最重要的旅行之一。

2019年的10月，诺贝尔化学奖颁发给了约翰·B.古迪纳夫、M.斯坦利·惠廷厄姆和吉野彰，以表彰他们在电池领域的重要创新。其中，古迪纳夫是公认的“锂电池之父”，他所领导的创新使锂电池迈向体积更小、容积更大、使用方式更稳定的商业化过程，同时开启了电子设备便携化的革命。

2021年，《麻省理工科技评论》将“锂金属电池”列为“全球十大突破性技术”之一，入选理由为“锂金属电池能量密度高、充电速度快，而且安全可靠，使电动汽车像汽油汽车一样方便和便宜”。

作为最主要的便携式能量源，锂电池正在影响着我们生活的方方面面。如今，锂电池产业已经接近年产几十亿美元，为人类的日常活动提供动力。在全球对应气候变化、减少碳排放的大背景下，新能源汽车产业发展迅速，而为新能源汽车提供动力的的锂电池，也成了决定行业发展的关键，具有广阔的发展前景。

文章来源： How does an EV battery actually work? | MIT Technology Review