福特和通用汽車正競相開發一種新型電動汽車電池。一位工程師將其稱爲 “西方的磷酸鐵鋰（LFP）”。

福特與通用的 LMR 電動車電池計劃

當你想到傳統汽車公司時，通用汽車全球技術中心的研究實驗室可能並非首先躍入腦海的場景。

位於底特律北部密歇根州沃倫市的這些實驗室是高度機密的設施。長長的空蕩走廊被明亮的白燈照亮，一塵不染，顯得冷峻而怪異。幾乎沒有窗戶能讓人瞥見穿着全套安全服工作的科學家們。

對於一家擁有悠久內燃機制造歷史的公司來說，這是一個極具未來感的場景。但這些科學家正在從事的工作，在許多方面甚至更爲重要：爲通用未來電動汽車提供動力的下一代富鋰錳（LMR）電池。

在距離該設施約 30 英里的地方，福特也在其位於底特律西南部羅穆盧斯的 Ion Park 研究中心開發自己的 LMR 電池。這家迪爾伯恩汽車製造商已致力於這些電池研發四年，並最近取得突破，宣佈在密歇根州啓動試點生產。試點生產是指汽車製造商在全面生產前製造小規模版本以進行測試和優化的階段。

如果任何一家美國汽車製造商 —— 或者理想情況下，兩家都能 —— 成功實現這一目標，那麼美國可能有機會在電動汽車和電池競賽中超越中國。

通用的 LMR 棱柱形電池單元

隨着中國在技術上佔據巨大領先優勢，美國汽車巨頭正應對不可預測的法規、關稅，以及原本有望加速電動汽車普及的排放規則的終結。甚至在特朗普政府將拜登時代的電動汽車計劃攪得一團糟之前，汽車製造商就已在盈利能力和高成本問題上掙扎 —— 這往往是由於電池本身，以及中國對供應鏈的控制。

美國汽車製造商現在正尋求開拓屬於自己的電動未來。通用和福特表示，LMR 電池可以幫助它們實現這一目標。這種新化學材料應能降低電動汽車的成本，使其在不犧牲續航里程和性能的前提下更易普及。

採訪了兩家公司的工程師，以瞭解這些新穎的 LMR 電池究竟是什麼，以及它們如何克服工程挑戰。

歡迎來到通用汽車的 “電池廚房”

通用汽車全球技術中心

在許多方面，製造電動汽車電池比製造內燃機更難。它們的化學結構複雜，在分子層面上有更多變量。即使是研發和小規模測試，也需要配備大量設備的大廳、數百萬美元的投資和深厚的技術技能 —— 這正是中國、日本和韓國擁有巨大優勢的領域。

在通用汽車的凱特林研發實驗室（以傳奇美國發明家查爾斯・凱特林命名）內，材料科學家展示了他們整天工作的機器。齊腰高的金屬箱排列在房間裏，每一個都是構成電池單元的粉末和漿料的試驗檯。天花板上伸出的大管道用於通風、空氣過濾，併爲化學實驗供應特定氣體或壓縮空氣。

一位工程師向我展示了一臺用於 “正極材料合成” 的機器，這是一種製造類似粉末狀正極混合物的科學過程。另一位工程師解釋了 “電解質開發和表徵”，這涉及開發位於正極和負極之間的材料。第三位工程師將這個過程比作餐館裏的廚師。

電極漿料是一種濃稠的黑色材料，在她戲稱爲 “KitchenAid 攪拌機” 的設備中變成 “蛋糕糊”。一旦在攪拌機中達到 “蜂蜜般的質地”，它就會被塗抹在薄金屬片上，並在烤箱中烘烤，“就像烤餅乾一樣”。

超越中國

過去五年裏，通用汽車的工程師們一直利用他們的研究實驗室開發 LMR 電池單元，從比一美分還小的小型紐扣電池級別開始，到今年製造出首批汽車級電池單元。通用聲稱，這些電池單元與目前通用電動汽車中占主導地位的鎳錳鈷（NMC）電池單元並無根本不同，但它們應該能解決困擾許多現有電池的成本問題。

中國對美國及全球銷售的大多數電動汽車所使用的原材料擁有絕對控制權。如今的電動汽車電池嚴重依賴鎳和鈷 —— 中國在供應鏈的每一個環節都佔據主導地位。

根據國際能源署最近的一份報告，全球約 85% 的電池單元生產集中在那裏，同時全球 65% 的鎳精煉和高達 75% 的鈷精煉也在那裏進行。

LFP 與 NMC 電池的應用情況

更便宜的磷酸鐵鋰（LFP）電池是鎳基電池的有希望的替代品，但中國在 LFP 電池生產方面的領先優勢更大，2024 年在美國和歐洲銷售的幾乎所有配備 LFP 電池的電動汽車都使用中國製造的電池組。

這是其他國家無法複製的戰略優勢。雪上加霜的是，鎳和鈷不僅需求旺盛，而且開採和精煉更加困難且成本更高。

通用汽車的工程師表示，相比之下，錳更爲豐富、更容易加工且成本低得多，這使其成爲應對中國對電池材料控制的日益有吸引力的替代品。

通用汽車的華萊士電池創新中心（密歇根州）

多年來，汽車製造商已從使用傳統的 NMC 電池（鎳、錳、鈷比例相等）轉向高鎳電池（鈷和錳含量減少，但鎳含量更高）。通用表示，降低成本的下一個合理步驟是減少鎳含量並增加錳的比例，從而誕生了所謂的富鋰錳（LMR）電池。

北美錳產量不高，但這是一個終於開始在本地生產以擺脫中國主導供應鏈的機會。

2023 年，通用汽車向錳供應商 Element 25 提供了 8500 萬美元貸款。當時，通用表示，Element 25 將以 “垂直整合” 和 “可追溯” 的方式從澳大利亞開採錳，這些材料隨後將在美國加工，預計這將是美國第一家生產電池級錳的工廠 —— 這是美國一直難以實現的本地化的一大步。

通用估計，LMR 電池單元在成本相當的情況下，能量密度比當前的 LFP 電池單元高 33%。將它們封裝成棱柱形（方形或矩形盒狀）將使電池組層面的零件減少 50%。棱柱形電池單元可以整齊地堆疊在一起，所需的結構部件更少。通用認爲，這些類型的電池單元比包裝效率較低的傳統圓柱形電池單元更具優勢。預計使用棱柱形電池單元可使車輛重量減輕數百磅。

最重要的是，LMR 電池預計將爲通用的全尺寸 SUV 和卡車提供超過 400 英里的續航里程。

“這是我們自己研發的成果。我們有一個合作伙伴（LG 能源解決方案）已準備好與我們共同推進這一項目，” 通用汽車電池、推進和可持續發展副總裁庫爾特・凱爾蒂在通用技術中心與記者的圓桌會議上表示，“我們實際上將在市場上看到這一成果。”

凱爾蒂在加入通用汽車之前曾在特斯拉工作了 15 年，他承認所有電池都有優缺點。從歷史上看，LMR 電池單元存在容量衰減和電壓隨時間下降的問題，但通用汽車的工程師聲稱已解決這一問題，以保持電池單元的穩定性和高能量密度。

“電池是一堆權衡的結果，” 凱爾蒂說，“你可以在快速充電、續航里程、成本上進行優化，但我們這裏擁有的是一種很好地平衡了所有需求的電池單元，因此我們可以部署它，並以可承受的成本實現出色的續航里程，” 他補充道，“這是一款改變遊戲規則的電動卡車電池，爲這個重要車輛細分市場的性能設定了新標杆。”

福特 “全速推進” LMR 電池研發

福特 Ion Park 電池中心

在城市的另一邊，福特對其 LMR 計劃相對守口如瓶，但我們仍掌握一些細節。“LMR 將成爲西半球的 LFP，” 福特電動推進工程總監查爾斯・潘在接受 InsideEVs 採訪時表示。

在福特位於密歇根州羅穆盧斯的 Ion Park 研發中心，一支由 135 名電池工程師組成的團隊正像潘所描述的 “小型祕密研發團隊” 一樣工作，以將這種新化學材料變爲現實。就在通用汽車公開其 LMR 雄心的前幾天，福特宣佈已取得類似突破：其試點生產線現已開始生產電池單元。

儘管兩家公司都在追逐 LMR 技術，但它們的方法有所不同。通用汽車正以棱柱形 LMR 電池單元瞄準大型卡車和全尺寸 SUV，而福特則着眼於低成本電動汽車，並靈活使用圓柱形或軟包形式。

“我們可以採用當今存在的任何形式，” 潘說。

福特的 LMR 電池單元生產

福特試點生產線生產的 LMR 軟包電池單元

福特目前使用兩種主要電池類型：入門級野馬 Mach-E 使用 LFP 電池，F-150 Lightning、E-Transit 和 Mach-E 系列的其他車型使用 NMC 電池組。LFP 電池由中國電池巨頭寧德時代（CATL）供應，而後者據報道來自 LG 能源解決方案。

美國製造的 LMR 電池旨在介於兩者之間，提供比 LFP 更長的續航里程，成本低於 NMC，且不會損失任何實質性續航里程。“LMR 是‘下一步是什麼’的答案，” 潘說。

但擴大這種化學材料的生產面臨技術障礙。福特在邁向工業化之前必須解決三個關鍵挑戰。第一個是潘所稱的 “錳溶解” 問題。錳往往會溶解到電解質中，當這種情況發生時，電池會逐漸失去能量，這意味着隨着時間的推移續航里程會減少。

第二個是他所說的 “氣體生成” 問題。隨着錳的溶解，氧氣會發生反應並在電池內產生氣體。過多的氣體積累可能導致膨脹甚至電池早期故障。他說，控制這種氣體生成對電池的健康和安全至關重要。

電壓是第三個重大挑戰。LMR 電池單元的運行電壓非常高，甚至高於傳統的 NMC 電池。但高電壓會加速磨損。因此，潘說，挑戰在於設計一種能夠安全承受電壓而不會快速退化的電池。

該汽車製造商聲稱已基本解決這些問題，並目標實現 550-700 瓦時 / 升的能量密度，或超過 200 瓦時 / 千克。這與目前的鎳基電池相似，後者通常具有 200-300 瓦時 / 千克的能量密度。

福特 Ion Park 研究中心的 LMR 電池單元電極塗層工藝

潘還補充說，LMR 電池單元 “與充電無關”。換句話說，LMR 電池本身不會固有地充電更慢或更快。根據福特將其用於哪個車輛細分市場以及電池組的電壓架構，充電速度可能達到甚至超過當今的基準。

由於快速充電的物理過程主要發生在負極側（通常由石墨或石墨 - 硅混合物製成），正極化學材料（無論是 LFP、NMC 還是 LMR）的選擇不會直接限制充電速度。

說到細分市場，福特似乎瞄準了入門級 LFP 和高端 NMC 車型之間的市場空白。因此，LMR 不一定會取代 LFP 或 NMC 電池，而是使汽車製造商能夠以更好的包裝和成本瞄準美國特定的使用場景，同時關鍵是建立一個更少以中國爲中心的更本地化的供應鏈。

“成本確實是電動汽車普及的最大障礙之一，” 潘說，“我們的方法不一定是爲高端車輛推出這種電池，而是取代我們目前擁有的大量高鎳和中鎳化學材料，” 他補充道。

衝刺終點線

通用汽車表示，打算成爲首家在 2028 年初將 LMR 電池單元引入量產卡車的汽車製造商（該公司未透露哪款卡車將使用這種電池）。

它已經是北美最大的電池單元生產商。凱爾蒂表示，他相信通用汽車現在也在以低於北美競爭對手的成本生產電池單元。在韓國電池巨頭 LG 能源解決方案（已爲通用最大的電池供應商）的支持下，兩家公司計劃在大約兩年內擴大 LMR 電池單元的生產。

福特也計劃在本世紀末將這些電池單元投入實際應用。

有理由保持謹慎。我們尚未在公路上看到這項技術。但凱爾蒂有力地闡述了 LMR 電池單元走向商業化的原因。除了成本和續航里程方面的優勢，他說，如果美國想生產有競爭力的電動汽車，就應該努力實現電池供應鏈的本地化。“這與關稅無關，” 他說。

凱爾蒂在特斯拉工作時曾經歷過從海外進口電池單元的複雜物流。“我們從日本購買電池單元，把它們裝進集裝箱，然後裝上船，在海上漂三到四周。這些材料甚至在到達之前就已經產生了費用，這真的很痛苦，” 他說。

特斯拉早在 2017 年就在內華達州的超級工廠大規模生產電池，將松下的業務整合到裏諾的園區內，遠遠早於競爭對手有任何本地化計劃。

本地化生產電池的第二個原因更爲重要。“信不信由你，有時電池單元會有質量問題，” 凱爾蒂說，“你不會馬上發現這一點，因爲你通常會有一兩週的庫存，然後你會發現你不得不把它們全部扔掉，它們根本沒用。”

強大的本地供應鏈幫助亞洲製造商在電池創新方面領先。現在，隨着 LMR 技術的突破，福特和通用可能有真正的機會通過開發美國製造的電池單元來縮小差距，這些電池單元可以降低成本、保持續航里程和性能，並最終擺脫中國的陰影。

如果它們兌現承諾，這可能會開啓美國電動汽車行業的下一階段增長。