当前咱们正好用的两次电池（可充电电池），根本皆是锂离子电池。

　　为何呢？

　　锂离子很活跃，十分符合在正极与负极之中左右横跳，单位空间与单位重量的锂离子电池能存储电的量都远超出其它配方。

　　真的非是人类不够努力，却是研发电池切实太难了，你花60块可行购到“充电器 + 4颗5号 + 4颗7号”的GP充电电池，认为不过很平凡的商品而已，其它这曾经融汇了人类200好几年的电池研发精髓……

　　下表是当前主流两次电池的列表，能把人给绕晕，锂离子电池不过此中一种分类，而它的奉献是让电动车有了颠覆汽油车江湖的潜力。

　　在1991年索尼量产锂离子电池此前，全球上全部配方的车子能源电池之功能，四舍五入便是十足没用的产业垃圾，到顶了只能用作垃圾分类专车使使。

　　通过三十年的进行，咱们此刻曾经明白了锂离子电池有多难研发，6大要素互相制衡博弈，让电池技艺一直没有办法突破阻碍：

　　1、本钱：最要紧的一种步骤，抛开本钱聊电池皆是耍流氓。

　　2、能量密度：干脆关连到容量，长续航车必需用上高能量密度电池。

　　3、功率密度：涉及充电与放电功率，前者对应充电速度，后者对应功能输出。

　　4、重复生命：电池生命遭到好多要素作用，文后有具体链接，确保你不愿瞧完……

　　5、平安：锂离子电池有锂枝晶，况且喜爱热失控。

　　6、事业温度区间：电池怕热又怕冷，超等娇贵。

　　关于客户而言，本钱是一种操控变量，贵便是好，好便是贵（宝沃型狗头），能量密度（强关联容量）与功率密度（强关联充电速度）则是关连咱们客户用车体会的两大显性要素，重复生命、平安、事业温度区间是差不多不行被客户左右的隐性要素。

　　因而，今日咱们的文章专题便是——统一个价位以下（本钱变量已被操控），你抉择大容量长续航电池，仍是高功能快充电池？

　　咱们先做一丝根基的科学普及：

　　A、能量密度指的是在单位重量或单位空间内能储藏能量的多寡，电池的重量能量密度用Wh/千克做单位（经常使用），电池的体积能量密度用Wh/L做单位（不经常使用）。

　　B、咱们平时不怎样聊单体电芯的能量密度，要聊便是要成组以后的电池整包能量密度，这就包涵了各式构造件、冷却体系、加热体系、电控体系等配套体系。为何只聊这种定义呢？国度补助只瞧整包密度，没有人想理解单体电芯。

　　C、单体电芯的能量密度越高，咱们越简单在更小空间内，装入更低重量的同等容量电池包。但这不过“越简单”，电芯能量密度与整包能量密度却非线性相干，假如配套体系占比太高，平安性会更高，但续航就不见涨了。

　　D、“容量”和“能量”是两回事，平时咱们买充电宝看的是容量，例如容量为10000mAh一种，电压是3.7V，两者相乘便是370000mWh=370Wh=0.37kWh，也便是0.37度电的能量，是以平时咱们说的能源电池容量本来是能源电池能量才对。

　　好了，然后考量的是怎样提高电池整包能量密度和电池能量（容量）的难题了，当前有几种主流方法，咱没法子穷举，就说少许要点的：

　　当前锂离子电池的研发方向是降低钴（22万/吨，增添层状构造和重复生命）、增添镍（3万/吨，增添能量密度）。

　　从下表可知，在NCM三元锂配方中，NCM811正极用到最少的钴和最多的镍。

　　超高镍正极，意指着配方可能趋势于NCM9/0.5/0.5，可行更环境保护、更便宜、更高能量密度，但重复生命更短，稳固性/平安性会变差，须要更多的协助技艺去保证电池不会自己燃烧，让液态电解质固化也是此中一个方案。

　　金属锂负极一直都只能做成一次电池来运用，那么一用曾经数十年了，用作两次电池的平安难题依旧没解决。

　　实质上金属锂的比容量多达3860mAh/g，用以当负极是很理想的，用作负极可行大大提高比能量，但锂枝晶生长的难题一直没能解决，负极外表的锂很简单迷惑更多死锂来组成新的锂枝晶，电池的重复生命也十分弱鸡。

　　下方有两项探讨可行读读，但也仅限于读一下，咱本人还无十足参透：

　　韩国汉阳大学Dongsoo Lee和Ungyu Paik教授在其探讨中提议：“经过辊压将铜箔外表的Cu3N纳米线转嫁到金属Li负极的外表，随后Cu3N纳米线与金属锂产生反映，生成Li3N@Cu纳米线，而Li3N具备高离子电导率，较轻的电子电导率和良没有问题电化学稳固性，因而能够有用的抑制锂枝晶的生长，同一时间金属锂外表造成的三维立体构造界面，也能够有用地下降电流密度，让得金属锂匀称沉积。”

　　宾夕法尼亚州立大学机械工程教授兼该名目首席探讨员王东海在其探讨中提议：“在锂金属界面子上运用聚合物。该资料是一种多孔海绵，不但可行让锂离子转嫁，还能抑制锂离子变质，即便在低温和迅速充电的要求下，也可让金属镀层不生长枝晶。”

　　这类“三维交连聚合物海绵”的机理是应用三维构造为锂离子提供充足强度的构架构造与充足的外表积/体积，让负极更轻松地容纳更多的锂离子。

　　古迪纳夫博士研发了当今锂离子电池范畴的三大正极资料，日前业界的负极资料多用碳元素料（好信息是华夏石墨储量占全世界70%），非碳负极资料则有四大系列，包括硅基资料。

　　硅的理论容量超越石墨10倍以上，形成电池的话有望提高大约50%的能量密度。

　　之前的学者都不晓得硅那末好用吗？都晓得，不过解决不了硅基资料空间膨胀的难题。

　　碳元素料（石墨）与非碳资料（硅）的充放电机理不同，石墨是锂的镶嵌和脱嵌，硅则是合金化反映，硅的脱嵌锂反映会令其空间膨胀3倍，电池里面构造破坏以后，就没后文了。

　　求同存异可行吗？还真可行。运用Si/C复合体制（硅碳负极），Si硅颗粒这类活性物质可大大提高锂的容量，C碳能改进Si的导电性、缓冲Si充放电空间浮动、防止Si颗粒充放电时团聚。

　　类比一下，Si便是脆弱但进击力极强的大法师，C便是承担各式物理进击/魔法进击的肉盾。

　　NIO Day 2020让固态电池重回公众视野，但这一次蔚来发表的“固态电池”却非真固态，严谨一丝来讲是“准固态电池”（液态电解质少于50%），依旧须要运用电解液和隔膜。

　　甚么才是固态电池（Solid-State Battery，SSB）呢？电极与电解液皆是固态的，不存留全部气态和液态的流体，即是。

　　蔚来“固态”电池包实质上并没有做到全固态，但在同样规格的电池包空间中达成360Wh/千克的整包能量密度和150kWh的整包容量，不得不说“抓获得老鼠的便是好猫”，你管他包装上写100%芒果汁仍是芒果风味饮品。

　　固态电解质电池的最重要的优势在于：能量密度高，日前实验室样品可行达到300-400Wh/千克（这但是整包密度）；可运用金属锂负极，提供高比容量；平安功能更高，不会刺破隔膜形成短路，不会胀包，不会漏液，不会挥发；磕碰受损后，电池平安性更高；温度适应性好（部分配方），可行在-25℃到60℃之中事业；重复生命1000次以上，最多有吹45000次的（很可能是PPT概念）；自放电率很矮，静置亏电速度慢。

　　最重要的劣势有：本钱过高，技艺不老练，工艺很繁杂，资产链上下游不完整，临时不符合大范围制造；固态电解质的界面接近性差（固体-固体），电导率偏低，高倍率大电流一来就捉襟见肘了，相比难实现迅速充电，功率密度局限；使用金属锂负极的同一时间会发生死锂、锂枝晶生长的难题；氧化物刚硬，制作成电解质片简单脆裂。

　　下表咱列了好多锂离子两次电池的大小，最出名的要数18650，由于那时已有老练的资产链（便是笔记本电芯同款），是以特斯拉可行用很短时间把高功能电动车子制出来，但18650的单体大小太小了，是以特斯拉此刻采纳了21700电池来降低电池包内的电芯总数，精简电控。

　　在上一年底的特斯拉电池日上，马斯克宣告了巨型的46800没有极耳电池，估计单体容量能往着20000mAh甚而更高的方向去。

　　未来，圆柱型锂离子两次电池依旧会是能源电池范畴的主心骨，单体大小会越来越大，这样子单体的典范容量可行大大增添，能量密度也随之增添，皮薄馅厚便是那么个容易的几何学道理。

　　优化整包构造有好多方法，磷酸铁锂电池当前就用上了CTP（Cell to Pack）技艺，干脆省去了模组和一大堆操控模块，把长条形的“刀片电池”（单体Cell）干脆安装到电池包（整包Pack）中间，电池包空间应用率可行提高20%左右，整包能量密度与全车续航能力也大幅度提高20%-30%。

　　磷酸铁锂敢用CTP技艺的前提是单体电池自身的平安功能远远优于三元锂配方，是以省去了模组等级的构造庇护还不会有大难题，只是单体电池自身的构架强度须要增强。

　　另外，咱们也可行经过新款的资料或许新技艺进一步集成电池的冷却体系、加热体系、电控体系，把配套体系的重量和空间省下去了，整包能量密度当然上升。

　　在设置之初就将电池十足融入车体中间，而非是装配完车体以后再把另一种独立零部件“高压电池包”装进入车体下面。

　　这类一体化设置可行大幅度下降配套体系的重量和空间，提高整包能量密度和整包能量。

　　对于充电速度的常识点，咱在之前的文章内部具体聊过，在这边点到即止。

　　容易描画一下对于提高充电速度的几个焦点方向：

　　电动车子快充的确也当前的都市电网负载提议了极高的请求，笔者就以前尝试征询小区物业如何给咱本人的泊车位加装7kW充电桩，物业给出的结论是“不想意”。尽管7kW仅仅差不多于两台空调，但每个小区的电网容量是很局限的，假如开放给10户电动车子使用者安装还能勉强支撑，但若增添到30户，那小区就会跳闸。

　　加建配电房与各式配电设施的钱，从谁手里掏？再多思考一步，先安装的使用者会事后掏钱给后安装的使用者均摊全体本钱吗？这皆是临时没有解的难题。

　　可视，增添电网负载潜力不但是技艺难题，仍是本钱难题，另有一部分是消防平安治理的难题。

　　日前国网在各大快充站根本都铺上了120kW快充桩，实质充电功率能维持在60kW以上就很可以了，一桩两枪的概况下还会被分走相当大一部分功率。

　　瑞士ABB在2019年也发表了350kW直流超等快充，宣称可行在8分钟内补充200km续航路程，并可行兼容400V和800V两套电压体系，还在能-35℃到50℃之中宽阔的温度区间寻常事业。

　　难题是，350kW直流超等快充的本钱切实太高了，比电动车自身还贵。

　　电池配方能否扶持超等快充（例如神乎其技的石墨烯），电控水准是否扶持超等快充，散热能力能否扶持超等快充，电池损失速度能否在消费者承担范畴之内，这点皆是必需面临的难题。

　　Bug一样存留的换电站，本来却非蔚来全家在造，少许运营机动车也在运用，例如北京运营的北汽新燃料换电版本的出租车。

　　换电站的逻辑是在电池快充技艺和能量密度没有办法获得基本突破的时代内，转嫁充电时间和体积，像换弹夹一样把新的电池包给汽车装上。

　　尽管一直被业界诟病（似乎化的是喷子的钱那样），但不得不承认换电是当前最快的电动车子获取电能之形式。

　　鉴于上述两个步骤的论述，咱们可行见到电池能量（容量）的增添与充电速度的加速，都面对着十分高的门槛。

　　既想大电池长续航，又想十来分钟达成前半段SOC的快充，在当前本钱要求下（而非技艺要求下）十足是奢想。

　　咱们必需在本钱局限的前提下，思考如何得出第一大公约数，让使用者运用电动车子的时刻没再遭罪，至少不需要遭从前那末多的罪。

　　倾向于高能量密度的电池，充放电功能其实不理想。

　　倾向于充放电高功能的电池，能