这个1400平方英尺的车间是一个封闭的干燥房间,位于日产奥帕玛工厂的一个旧仓库内,工程师们曾在这里制作新型催化剂的模板。
全球汽贸网资讯,据外媒报道,领导日产汽车研发固态电池的工程大师想要消除人们认为固态电池本质上比现在的锂离子电池更安全的想法。
的确,下一代固态电池没有可燃液体电解质。但它们确实会填满更多的能量,如果出现故障,可能会引发一些不快的火花。
该公司负责高级电池研究的副总裁土井和弘(Kazuhiro Doi)说:“能量密度是现在的两倍,所以就有了一个更危险的潜在炸弹。”
“如果发生重大事故,它可能会比现在的电池更具灾难性。”
但土井和弘坚持认为,日产汽车现在可以克服安全问题和其他导致固态电池难以交付的关键问题。
他的团队一直在努力解决日产的难题。日产想要兑现承诺,即在短短6年内将重量轻、体积小、能量密度高的电池推向市场。
这家汽车制造商认为,它可以提供一种电池,其能量容量是锂离子电池的两倍,充电时间为锂离子电池的三分之一,每千瓦时成本为75美元。日产还认为,它可以在不久的将来将成本降至65美元,实现与汽油动力汽车同等的价格。
日产认为,这一突破将使其能够在一系列新领域推出电动汽车,如皮卡、大型suv甚至是跑车,这些领域都存在重量和尺寸问题。
“我认为全固态电池可以改变游戏规则,”土井说。
手工制作
目前,日产还只是朝着这个目标迈出了第一步。它拥有一个可行性研究实验室,正在对这种电池进行手工制造、限量生产的实验。但如果一切按计划进行,这个小规模、秘密的工厂将在2024年启动试点工厂,并在2028年实现大规模生产。
日产正在努力应对这一重要的新技术,与此同时,从丰田(Toyota)、大众(Volkswagen)到通用汽车(General Motors),许多初创企业以及几乎所有老派竞争对手都在竞相寻找通往成功的正确道路。
一窥日产的实验室,我们就会知道通往固态能源的道路将是多么漫长和艰难。
在那里,10名工人用长勺从塑料杯中舀出阴极粉末,费力地搅拌电解液。他们把它混合成一种墨黑的黏液,然后像煎饼粉一样涂在薄铝板上——每次只有两个电池。
干燥后,纸张经过一个类似电话亭的冲压机器,冲压机器的压力是标准锂离子电池的三倍。
然后工人们将电解液片切成合适的尺寸,并小心地将它们与阳极片堆叠在一起。最后,他们将四层电池真空密封到铝箔袋中。
这项工作既费力又费时。大部分工序都是通过有机玻璃手套箱完成的,以保持超低湿度和清洁。由于房间非常干燥,技术人员需要每两小时休息一次补水。
每月生产50个
负责创新电池生产工程的副总经理大原贤三(Kenzo Oshihara)表示,目前,日产的实验室每月只生产大约50个这种四层电池袋。他估计,仅仅一辆电动汽车就需要大约5000个这样的袋子。
“我们需要很长时间才能在这个房间里为汽车制造电池,” 大原贤三说。“大规模生产设备必须更加精密。”
挑战在于技术和制造。日产仍在寻找合适的阴极和阳极化学成分。它与美国国家航空航天局(NASA)有合作关系,可以在该机构庞大的电池数据库中搜索有效的材料组合。
利用人工智能筛选配方,日产相信它可以将研究时间缩短一半以上,从5到20年缩短到2到3年。
土井说,日产还在专注于无钴阴极化学,可能会使用硫或锰,因为这些材料相对丰富且价格低廉。在阳极方面,日产看到了硅基或锂金属化合物的潜力。
关于精度
然后是制造这些电池的严格标准。
首先,煎饼浆料必须搅得很细,这样才能把所有的疙瘩都弄出来,以最大限度地提高电池的导电性。阴极-电解-阳极层需要绝对精确地排列。在此过程中,日产必须完善如何将所有这些程序提升到大规模生产的速度。
“这一切都与精度有关,但精度与成本和速度有关,”土井说。“与传统的锂离子电池相比,这是一套复杂得多的技术。”
日产表示,它已经克服了几个障碍。
它在阴极上采用了粘合剂,降低了电阻,改善了锂离子的移动。工程师们还发现了一种材料,可以抑制会导致电池短路的树突的形成。他们还发现了一种设计,允许电解液和电极层重复扩张和收缩而不分离。
更重要的是,土井的团队表示,他们已经破解了在低温下快速充电的诀窍。
单干
尽管有越来越多的初创企业和供应商试图进入固态电池领域,但日产认为,单干和自主研发比合作更有优势,至少在开始阶段是这样。
土井在谈到外部供应商时表示:“他们没有成熟的技术,无法与我们这样的汽车制造商合作。”
日产希望控制电池设计和制造等领域的技术诀窍,而不一定是原材料本身的化学成分。
“这将是我们竞争力的来源,”他说。
但日产只有几年的时间来解决这个问题,并在2028年之前实现成本目标。该公司希望通过使用更便宜的材料和简化生产流程来实现这一目标。
土井说:“我们谈论的是研发,所以没有百分之百的信心。”“但只要我们努力,我们就能做到。”
(编译:全球汽贸网 Jane)