當前咱們正好用的兩次電池（可充電電池），根本皆是鋰離子電池。

　　為何呢？

　　鋰離子很活躍，十分符合在正極與負極之中左右橫跳，單位空間與單位重量的鋰離子電池能存儲電的量都遠超出其它配方。

　　真的非是人類不夠努力，卻是研發(fā)電池切實太難了，你花60塊可行購到“充電器 + 4顆5號 + 4顆7號”的GP充電電池，認為不過很平凡的商品而已，其它這曾經(jīng)融匯了人類200好幾年的電池研發(fā)精髓……

　　下表是當前主流兩次電池的列表，能把人給繞暈，鋰離子電池不過此中一種分類，而它的奉獻是讓電動車有了顛覆汽油車江湖的潛力。

　　在1991年索尼量產(chǎn)鋰離子電池此前，全球上全部配方的車子能源電池之功能，四舍五入便是十足沒用的產(chǎn)業(yè)垃圾，到頂了只能用作垃圾分類專車使使。

　　通過三十年的進行，咱們此刻曾經(jīng)明白了鋰離子電池有多難研發(fā)，6大要素互相制衡博弈，讓電池技藝一直沒有辦法突破阻礙：

　　1、本錢：最要緊的一種步驟，拋開本錢聊電池皆是耍流氓。

　　2、能量密度：干脆關連到容量，長續(xù)航車必需用上高能量密度電池。

　　3、功率密度：涉及充電與放電功率，前者對應充電速度，后者對應功能輸出。

　　4、重復生命：電池生命遭到好多要素作用，文后有具體鏈接，確保你不愿瞧完……

　　5、平安：鋰離子電池有鋰枝晶，況且喜愛熱失控。

　　6、事業(yè)溫度區(qū)間：電池怕熱又怕冷，超等嬌貴。

　　關于客戶而言，本錢是一種操控變量，貴便是好，好便是貴（寶沃型狗頭），能量密度（強關聯(lián)容量）與功率密度（強關聯(lián)充電速度）則是關連咱們客戶用車體會的兩大顯性要素，重復生命、平安、事業(yè)溫度區(qū)間是差不多不行被客戶左右的隱性要素。

　　因而，今日咱們的文章專題便是——統(tǒng)一個價位以下（本錢變量已被操控），你抉擇大容量長續(xù)航電池，仍是高功能快充電池？

　　咱們先做一絲根基的科學普及：

　　A、能量密度指的是在單位重量或單位空間內(nèi)能儲藏能量的多寡，電池的重量能量密度用Wh/千克做單位（經(jīng)常使用），電池的體積能量密度用Wh/L做單位（不經(jīng)常使用）。

　　B、咱們平時不怎樣聊單體電芯的能量密度，要聊便是要成組以后的電池整包能量密度，這就包涵了各式構造件、冷卻體系、加熱體系、電控體系等配套體系。為何只聊這種定義呢？國度補助只瞧整包密度，沒有人想理解單體電芯。

　　C、單體電芯的能量密度越高，咱們越簡單在更小空間內(nèi)，裝入更低重量的同等容量電池包。但這不過“越簡單”，電芯能量密度與整包能量密度卻非線性相干，假如配套體系占比太高，平安性會更高，但續(xù)航就不見漲了。

　　D、“容量”和“能量”是兩回事，平時咱們買充電寶看的是容量，例如容量為10000mAh一種，電壓是3.7V，兩者相乘便是370000mWh=370Wh=0.37kWh，也便是0.37度電的能量，是以平時咱們說的能源電池容量本來是能源電池能量才對。

　　好了，然后考量的是怎樣提高電池整包能量密度和電池能量（容量）的難題了，當前有幾種主流方法，咱沒法子窮舉，就說少許要點的：

　　當前鋰離子電池的研發(fā)方向是降低鈷（22萬/噸，增添層狀構造和重復生命）、增添鎳（3萬/噸，增添能量密度）。

　　從下表可知，在NCM三元鋰配方中，NCM811正極用到最少的鈷和最多的鎳。

　　超高鎳正極，意指著配方可能趨勢于NCM9/0.5/0.5，可行更環(huán)境保護、更便宜、更高能量密度，但重復生命更短，穩(wěn)固性/平安性會變差，須要更多的協(xié)助技藝去保證電池不會自己燃燒，讓液態(tài)電解質(zhì)固化也是此中一個方案。

　　金屬鋰負極一直都只能做成一次電池來運用，那么一用曾經(jīng)數(shù)十年了，用作兩次電池的平安難題依舊沒解決。

　　實質(zhì)上金屬鋰的比容量多達3860mAh/g，用以當負極是很理想的，用作負極可行大大提高比能量，但鋰枝晶生長的難題一直沒能解決，負極外表的鋰很簡單迷惑更多死鋰來組成新的鋰枝晶，電池的重復生命也十分弱雞。

　　下方有兩項探討可行讀讀，但也僅限于讀一下，咱本人還無十足參透：

　　韓國漢陽大學Dongsoo Lee和Ungyu Paik教授在其探討中提議：“經(jīng)過輥壓將銅箔外表的Cu3N納米線轉(zhuǎn)嫁到金屬Li負極的外表，隨后Cu3N納米線與金屬鋰產(chǎn)生反映，生成Li3N@Cu納米線，而Li3N具備高離子電導率，較輕的電子電導率和良沒有問題電化學穩(wěn)固性，因而能夠有用的抑制鋰枝晶的生長，同一時間金屬鋰外表造成的三維立體構造界面，也能夠有用地下降電流密度，讓得金屬鋰勻稱沉積。”

　　賓夕法尼亞州立大學機械工程教授兼該名目首席探討員王東海在其探討中提議：“在鋰金屬界面子上運用聚合物。該資料是一種多孔海綿，不但可行讓鋰離子轉(zhuǎn)嫁，還能抑制鋰離子變質(zhì)，即便在低溫和迅速充電的要求下，也可讓金屬鍍層不生長枝晶。”

　　這類“三維交連聚合物海綿”的機理是應用三維構造為鋰離子提供充足強度的構架構造與充足的外表積/體積，讓負極更輕松地容納更多的鋰離子。

　　古迪納夫博士研發(fā)了當今鋰離子電池范疇的三大正極資料，日前業(yè)界的負極資料多用碳元素料（好信息是華夏石墨儲量占全世界70%），非碳負極資料則有四大系列，包括硅基資料。

　　硅的理論容量超越石墨10倍以上，形成電池的話有望提高大約50%的能量密度。

　　之前的學者都不曉得硅那末好用嗎？都曉得，不過解決不了硅基資料空間膨脹的難題。

　　碳元素料（石墨）與非碳資料（硅）的充放電機理不同，石墨是鋰的鑲嵌和脫嵌，硅則是合金化反映，硅的脫嵌鋰反映會令其空間膨脹3倍，電池里面構造破壞以后，就沒后文了。

　　求同存異可行嗎？還真可行。運用Si/C復合體制（硅碳負極），Si硅顆粒這類活性物質(zhì)可大大提高鋰的容量，C碳能改進Si的導電性、緩沖Si充放電空間浮動、防止Si顆粒充放電時團聚。

　　類比一下，Si便是脆弱但進擊力極強的大法師，C便是承擔各式物理進擊/魔法進擊的肉盾。

　　NIO Day 2020讓固態(tài)電池重回公眾視野，但這一次蔚來發(fā)表的“固態(tài)電池”卻非真固態(tài)，嚴謹一絲來講是“準固態(tài)電池”（液態(tài)電解質(zhì)少于50%），依舊須要運用電解液和隔膜。

　　甚么才是固態(tài)電池（Solid-State Battery，SSB）呢？電極與電解液皆是固態(tài)的，不存留全部氣態(tài)和液態(tài)的流體，即是。

　　蔚來“固態(tài)”電池包實質(zhì)上并沒有做到全固態(tài)，但在同樣規(guī)格的電池包空間中達成360Wh/千克的整包能量密度和150kWh的整包容量，不得不說“抓獲得老鼠的便是好貓”，你管他包裝上寫100%芒果汁仍是芒果風味飲品。

　　固態(tài)電解質(zhì)電池的最重要的優(yōu)勢在于：能量密度高，日前實驗室樣品可行達到300-400Wh/千克（這但是整包密度）；可運用金屬鋰負極，提供高比容量；平安功能更高，不會刺破隔膜形成短路，不會脹包，不會漏液，不會揮發(fā)；磕碰受損后，電池平安性更高；溫度適應性好（部分配方），可行在-25℃到60℃之中事業(yè)；重復生命1000次以上，最多有吹45000次的（很可能是PPT概念）；自放電率很矮，靜置虧電速度慢。

　　最重要的劣勢有：本錢過高，技藝不老練，工藝很繁雜，資產(chǎn)鏈上下游不完整，臨時不符合大范圍制造；固態(tài)電解質(zhì)的界面接近性差（固體-固體），電導率偏低，高倍率大電流一來就捉襟見肘了，相比難實現(xiàn)迅速充電，功率密度局限；使用金屬鋰負極的同一時間會發(fā)生死鋰、鋰枝晶生長的難題；氧化物剛硬，制作成電解質(zhì)片簡單脆裂。

　　下表咱列了好多鋰離子兩次電池的大小，最出名的要數(shù)18650，由于那時已有老練的資產(chǎn)鏈（便是筆記本電芯同款），是以特斯拉可行用很短時間把高功能電動車子制出來，但18650的單體大小太小了，是以特斯拉此刻采納了21700電池來降低電池包內(nèi)的電芯總數(shù)，精簡電控。

　　在上一年底的特斯拉電池日上，馬斯克宣告了巨型的46800沒有極耳電池，估計單體容量能往著20000mAh甚而更高的方向去。

　　未來，圓柱型鋰離子兩次電池依舊會是能源電池范疇的主心骨，單體大小會越來越大，這樣子單體的典范容量可行大大增添，能量密度也隨之增添，皮薄餡厚便是那么個容易的幾何學道理。

　　優(yōu)化整包構造有好多方法，磷酸鐵鋰電池當前就用上了CTP（Cell to Pack）技藝，干脆省去了模組和一大堆操控模塊，把長條形的“刀片電池”（單體Cell）干脆安裝到電池包（整包Pack）中間，電池包空間應用率可行提高20%左右，整包能量密度與全車續(xù)航能力也大幅度提高20%-30%。

　　磷酸鐵鋰敢用CTP技藝的前提是單體電池自身的平安功能遠遠優(yōu)于三元鋰配方，是以省去了模組等級的構造庇護還不會有大難題，只是單體電池自身的構架強度須要增強。

　　另外，咱們也可行經(jīng)過新款的資料或許新技藝進一步集成電池的冷卻體系、加熱體系、電控體系，把配套體系的重量和空間省下去了，整包能量密度當然上升。

　　在設置之初就將電池十足融入車體中間，而非是裝配完車體以后再把另一種獨立零部件“高壓電池包”裝進入車體下面。

　　這類一體化設置可行大幅度下降配套體系的重量和空間，提高整包能量密度和整包能量。

　　對于充電速度的常識點，咱在之前的文章內(nèi)部具體聊過，在這邊點到即止。

　　容易描畫一下對于提高充電速度的幾個焦點方向：

　　電動車子快充的確也當前的都市電網(wǎng)負載提議了極高的請求，筆者就以前嘗試征詢小區(qū)物業(yè)如何給咱本人的泊車位加裝7kW充電樁，物業(yè)給出的結(jié)論是“不想意”。盡管7kW僅僅差不多于兩臺空調(diào)，但每個小區(qū)的電網(wǎng)容量是很局限的，假如開放給10戶電動車子使用者安裝還能勉強支撐，但若增添到30戶，那小區(qū)就會跳閘。

　　加建配電房與各式配電設施的錢，從誰手里掏？再多思考一步，先安裝的使用者會事后掏錢給后安裝的使用者均攤?cè)�體本錢嗎？這皆是臨時沒有解的難題。

　　可視，增添電網(wǎng)負載潛力不但是技藝難題，仍是本錢難題，另有一部分是消防平安治理的難題。

　　日前國網(wǎng)在各大快充站根本都鋪上了120kW快充樁，實質(zhì)充電功率能維持在60kW以上就很可以了，一樁兩槍的概況下還會被分走相當大一部分功率。

　　瑞士ABB在2019年也發(fā)表了350kW直流超等快充，宣稱可行在8分鐘內(nèi)補充200km續(xù)航路程，并可行兼容400V和800V兩套電壓體系，還在能-35℃到50℃之中寬闊的溫度區(qū)間尋常事業(yè)。

　　難題是，350kW直流超等快充的本錢切實太高了，比電動車自身還貴。

　　電池配方能否扶持超等快充（例如神乎其技的石墨烯），電控水準是否扶持超等快充，散熱能力能否扶持超等快充，電池損失速度能否在消費者承擔范疇之內(nèi)，這點皆是必需面臨的難題。

　　Bug一樣存留的換電站，本來卻非蔚來全家在造，少許運營機動車也在運用，例如北京運營的北汽新燃料換電版本的出租車。

　　換電站的邏輯是在電池快充技藝和能量密度沒有辦法獲得基本突破的時代內(nèi)，轉(zhuǎn)嫁充電時間和體積，像換彈夾一樣把新的電池包給汽車裝上。

　　盡管一直被業(yè)界詬�。ㄋ坪趸�的是噴子的錢那樣），但不得不承認換電是當前最快的電動車子獲取電能之形式。

　　鑒于上述兩個步驟的論述，咱們可行見到電池能量（容量）的增添與充電速度的加速，都面對著十分高的門檻。

　　既想大電池長續(xù)航，又想十來分鐘達成前半段SOC的快充，在當前本錢要求下（而非技藝要求下）十足是奢想。

　　咱們必需在本錢局限的前提下，思考如何得出第一大公約數(shù)，讓使用者運用電動車子的時刻沒再遭罪，至少不需要遭從前那末多的罪。

　　傾向于高能量密度的電池，充放電功能其實不理想。

　　傾向于充放電高功能的電池，能