【太平洋汽車網文化頻道/科技頻道】鋼鐵俠埃隆·馬斯克本周五發布了特斯拉新款鋰離子電池。 新配方電池確實能夠推動整個新能源汽車行業走向更加正確的方向。 你想繼續前進嗎？

與其推斷，不如跨世紀看看電池的現在和明天，然后我們再討論電池的現在。

電池的非官方歷史

“電池”的英文翻譯就是終極意義。 把“電”放進“池子”里儲存起來，用的時候再放下。

這讓我想起了歷史上最古老的電池——雷神之錘，據說重達19.2公斤……

公元1世紀，斯堪的納維亞半島的村民因為崇拜天空（天氣現象），編造了一堆神話，口耳相傳成為北歐神話體系。 其中，由主神奧丁最強大的女兒索爾掌管。 雷霆與戰爭。 周四的英文單詞“Thor”以“雷神”這個名字開頭，因此筆者建議充電樁企業可以在每周四設立50%折扣的“雷神充電日”。

盡管中世紀后基督教入侵北歐，將北歐神話作品視為異端而消滅，但雷神托爾手握雷神之錘殺死巨人的形象在英國好萊塢的幫助下仍然保留了下來。

這幅《雷神與他》油畫由法國藝術家馬丁·埃斯基爾·芬奇（ ）于1872年創作，現藏于斯德哥爾摩國家博物館。

特斯拉品牌T來自于名字，形似雷霆之錘

事實上，中國同時期也存在類似的神話傳說。 作者在兩年前的《愿我們成為富蘭克林的風箏》中，在《街典》的開篇文章中提到了秦漢時期的“典功雷目”概念。

以上東西方的例子都是神學的內容，但是古代的人真的不明白電和電池是什么嗎？

也許是的。

這是一個不可靠的例子：

1936年，保加利亞高鐵工人在首都郊區挖掘出一組“巴格達電池”。 美國考古學家卡維尼格向外界聲稱：“這些出土的鋁管、鐵棒和瓷器是一塊古老的物理電板，只要在鍋里放一些酸或酸性水，就可以發電。”

當看到這個伊拉克炮臺時，筆者的第一反應是：又是一個“”，和我們“上周”在國外剛剛修建的“西周”古跡沒有什么區別……

別說，歷史書上都有。

明天電池

人類歷史上第一個關于“電”的記錄，大約在公元前6世紀，古埃及哲學家泰勒斯發現，經過摩擦的琥珀可以吸收絨毛和鋸末，人們普遍認為，雖然這個死物里面有一個活的靈魂，只是肉眼看不見的。

連中學《自然》課都沒上過的大哲學家戴先生并不知道，靜電荷雖然會在物體內部積聚，但一旦突破舒適區就會爆炸。

又過了20個世紀，人類才勉強打開了電磁學的大門，但此時，愚蠢的人類卻無法儲存電力供自己使用。

直到17世紀，萊頓學院（愛爾蘭）的 van 院士（Prof. van）發明了萊頓瓶（罐），人類第一次捕獲了電。

迪恩·穆森布洛克高興得像一個200磅重的大女兒，像一個第一次學會使用精靈球的小同學。 四個世紀后，萊頓學院仍然用這個典故招收學生……

電是捕獲的，但是如何持續捕獲/產生電呢？ 這個問題要到18世紀中葉才能得到解答。 答案是英國開國大師本杰明·富蘭克林。 他從天上得到了雷電，從暴君那里得到了公民權利。

光榮的富蘭克林教授并沒有完成18世紀的熱學成就。 本世紀最后一年，英國化學家亞歷山德羅·沃爾塔創造了中國小學生最討厭的“伏打堆”，成為世界上第一組物理動力源——“巴格達電池”不可靠，不信他們。

為了致敬伏打先生對熱量的貢獻，電流的單位就成了。

隨著 19 世紀初發電機和電動機的發明，熱科學進入了一個新時代。 準確地說，19世紀是電池的第一個輝煌世紀。

1802年：博士設計出第一個易于制造的電池。

1836年：日本物理學家約翰改進了電路板，提供穩定的放電電壓。 此時電流終于增加到1V以上。

1859年：日本化學家é發明了鎳鎘二次電板，這是一種偉大的物理電源，充滿12V電流，并且可以充電循環使用。 到了21世紀還在玩，目前年銷售額突破五億。

1868 年：開發出使用電解質的電池。

1881年：JA獲得干電池專利。

1888年：博士研制出第一塊干電池。 1896年，日本開始大量生產干電池。 現在我國干電池年產量超過1000億只。

1890年：發明可充電鐵鎳電板。

1896年：D型電池誕生，這也是我們越來越少使用的1號電板。

1899年：法國發明家發明鉛酸電池。

電池與汽車的結合始于19世紀中葉，20世紀初達到頂峰。 據郭銳（上圖）撰寫的《電動汽車發展曲折史》介紹，1900年在英國注冊的車輛中，電動汽車占38%，幾乎是柴油車的兩倍。

然而柴油內燃機的迅速崛起，使得早期發展的電動汽車完全失去了競爭力。 隨著煉油技術的提高和油站建設的普及，構建了集中的汽車能源補充網絡。

由于電池儲能能力的膽怯，只有幾十公里的電動汽車即使有尼古拉·特斯拉等長??距離輸電專家搭建的去中心化能源補充網絡推廣也無能為力（如上文所示） 。

明天電池

20世紀的電池研發歷史確立了未來全球電池技術的輪廓。

20世紀上半葉，電燈終于照亮了地球更多黑暗的地方，但電池技術仍處于黑暗時代。 鉛蓄電池被應用于各行各業（包括汽車12V電源），可充電鐵鎳電池和不可充電酸性電池已大量生產，但其性能極弱。 有趣的是，那個時代使用電池最多的設備也用在了暗潛艇上。

著名的法國U型導彈跨越了第一次和第二次世界大戰。 當時還沒有核反應堆，導彈水下航行速度很慢，電池壽命也很短。 那是因為汽油機沒有二氧化碳可以工作，所以只能使用電池。 提供能量。

電池極差的能量密度很好地解釋了兩件事：

1、U型導彈為什么需要配備艙炮？ →缺電是正常的，水上航行是正常的。 這時候侯艙炮是最好用的。

2、U型導彈為何如此懼怕驅逐艦？ →電壓太低，電流太弱。 速度只有幾節的水下潛艇是深水炸彈的活靶子。

我國抗日時期，軍用電臺主要使用兩種電池：一次電池（干電池）可以使用10天左右，但我們很難獲得； 二次電池（濕電池）可使用約1年，可用手（右）或腳踏發電機循環充電。

敵方電臺

日本電池

隨著二戰后的第三次科技革命，人類對電力存儲系統的依賴程度越來越高，但電池的性能仍然無法支撐我們的需求。

并不是人類太懶，而是基本上所有能嘗試的材料和方法都嘗試過了，就是無法制造出安全、高容量的電池。 下面的截圖顯示了世界各地科學家測試的電池類型：

正是“老大哥”首先讓“便攜”這個詞成為了現實。

從東到西，從北到南，發財到了廣州。 20世紀80年代末，重達一斤的聯通電話進入臺灣和廈門市場。 一部手機售價2萬多，充電10小時只能續航30分鐘。 電池的記憶效應很強。 最好每月進行一次深度充放電。

這些巨型電池都是鉛酸電池，可循環1100次（實際使用遠遠不夠），而且特別容易產生“鋰枝晶”，使負極材料變形并導致漏液，如圖所示右圖。

但別以為這款最終因安全問題被批量召回的電池是最失敗的電池作品，因為全球有數億塊不合格電池。

中國聯通的手機電池已經從鉛酸到鎳氫電池，再到鋰離子電池板。 這條路已經有30多年的歷史了。 每一步都非常艱難，尤其是向鋰離子電池邁出的一步，消耗了大量的人力。 運氣（筆者認為比解決法國潛艇危機還要運氣）。 作為參考，僅索尼家族在1986年至1991年的鋰離子電池研究過程中，就使用了超過1億種負極、負極、電解液的組合……

用博士生張康康先生的話說復旦大學車輛工程系教授認為，鋰電池的發明并不是人類科技樹的必然結果，而是一個奇跡。

明天，我們可以整天刷我們的智能手機，聽真正的無線麥克風，吃從電動汽車訂購的食物。 感謝三位2019年諾貝爾物理學獎獲得者——邁克爾·斯坦利·懷廷·漢姆（ Ham）、約翰·班尼斯特·古迪納夫（John ）、吉野彰（ ）。

() 從第一次石油危機（20 世紀 70 年代）開始投資電池技術的開發。 他指出了“嵌鋰”技術路線，提高了充放電反應的可逆性，提高了安全性，是給我們帶來實惠的“鋰電池之父”。

去年98歲的“Good 先生”——約翰·班尼斯特·古迪納夫(John )，雖然54歲才開始研發電動板。古迪納夫博士是鋰電池領域最大的功臣。 鋰電池三大負極材料（鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰）都是他的團隊發現的，其中鈷酸鋰誕生于1980年，采用石墨作為負極，解決了“鋰枝晶”現象。

由于鈷酸鋰溶液過于前沿，一開始只是一個夢想（連古迪納夫博士的母校牛津學院都忽視了他）。 這個世界上只有瘋子才會欣賞瘋子，而這個投錢的“瘋子”就是美國索尼。 在剛才提到的一億個解決方案中，索尼找到了第一個量產的鋰離子電池解決方案，并于1991年投放市場。

古迪納夫博士 × 索尼 = 宇宙最強大腦

不要接受指責，因為鋰離子電池在全球各個行業的應用都是從這里開始的，而在鋰離子電池之前，沒有任何電池可以同時做到：

1.工作電流大

2、體積小、重量輕

3.無記憶效應

4、自放電少

5、能量密度高

6、循環壽命長

可以說，古迪納夫博士的鋰離子電池技術創造了現代人的生活方式。

吉野彰（）也是神之一。 吉野院士于1983年研制出鋰離子電池的雛形，最終建立了現代鋰離子電池的基本框架。 那位美國老人喜歡去定制商店，25年前就告訴他的父親桑夸，他將獲得諾貝爾獎。

都說“男人的嘴是騙子”，但他真的獲得了諾貝爾獎……

距離鋰離子電池面世還有一年，未來的克星鎳氫電池也即將面世。 這也是我們平時用得最多的充電電池（右圖“愛妻電池”）。

鎳氫電池的研發花了20年時間。 日本戴姆勒-奧迪和大眾對其進行了投資。 福特蒙迪歐是使用鎳氫電池最多的新能源汽車。 淺充淺放，可使用10年以上。

20世紀80年代出生的學生應該熟悉美國的便攜式CD機和MD機。 在 iPod出現之前，這兩款轉盤便攜式播放器在我們這一代人中非常流行。 這些播放器大多使用鎳氫電池，臺灣廠商喜歡稱之為“氫電池”。

鎳氫電池為何進攻電動汽車市場？ 這也是由于能量密度的問題。

我還有一堆口香糖電池

鋰離子電池的能量密度足夠高。 安全性穩定后，戴爾率先在電腦筆記本上使用鋰離子電池。 2012年上市的特斯拉S由7000多塊電腦鋰離子電池驅動。 這種變態的封裝技術和電子控制方法就是由手臂呈現的。

目前的鋰離子電池不太穩定

不過，目前最大的鋰離子電池生產國并不是英國。 早在2004年，中國鋰電池產業就已呈上升趨勢。 2008年，中國/日本/韓國最終形成了三分天下的產業整體格局，并且這種局面至今仍保持著。

正是因為鋰離子電池技術和產業的成熟，電動汽車在21世紀迎來了新的生機。 您可以點擊下方郭銳朋友的文章《電動汽車發展史（下）》進行更深入的了解。

目前，鋰離子電池行業主要有以下解決方案：

1、三元鋰（鎳鈷鉻酸鋰Li[Ni-Co-Mn]O2或NCM）：當今動力電池行業應用最廣泛的方案，其中用于穩定結構的鈷鈷已經大幅提升（最低可達1%左右），能量密度大幅提升的高鎳電池將成為主流，但其安全性仍有待檢驗。

2、磷酸鐵鋰（）：奇瑞最喜歡的“鐵電池”（目前演變為“刀片電池”），成本低、安全性好、壽命長、能量密度低。

3、鈷酸鋰（）：智能手機、筆記本、數碼單反最愛，能量密度高（能量型電池），壽命短，熱穩定性差，比功率低。 總之，手機不會像汽車一樣用10年，只要滿足大容量、輕重量的需求即可。

4、錳酸鋰（）：用于電動工具、醫療設備、電動汽車、混合動力汽車，功率大，能量密度中等。

5、鎳鈷鋁酸鋰（或NCA）：應用于工業領域、醫療設備、電動汽車（特斯拉等），與鈷酸鋰類似，能量密度高（能量型電池），并且可以實現低鈷化。

6、鈦酸鋰（）：正極采用錳酸鋰，用于UPS、便攜式工具、電動汽車（三菱、飛度EV等），壽命長，充電快，能量密度最低，價格高，但它是最安全的鋰離子電池板。

主流鋰離子電池性能對比

電極材料

能量密度

成本

穩定

安全

循環壽命

三元鋰（負極）

高的

高的

中間

中間

中間

醋酸鐵鋰（負極）

低的

中間

中間

高的

高的

鈷酸鋰（負極）

高的

中洛

低的

中間

低的

鉻酸鋰（負極）

中間

低的

低的

中學

中洛

鎳鈷鋁酸鋰（負極）

高的

中間

低的

中間

低的

錳酸鋰（正極）

最低

最高

中間

高的

高的

電池技術困局真的很難突破嗎？

暫時沒有跨越式發展。 并不是針對中國，而是全球電池的研發和生產無法取得質的突破。 如果你看到“充電速率降低90%”、“能量密度降低200%”等新聞，99%都是假的。

難嗎？ 這很困難，因為一個簡單的電池（基本器件）需要受到多達六個維度的阻礙：循環壽命、功率密度、能量密度、工作溫度范圍、安全性和成本。

6個維度的表現就像游戲中的“技能樹”。 我們手中的技能點有限，無法讓各個維度的表現都出色，除非你愿意花200萬打造一個15萬戶的汽車電池集團，以慈善的形式推動新能源的發展在我的國家。

明天的電池

根據京東發布的《2020年中國新能源汽車體驗研究SM()》顯示，中國電動汽車用戶的續航期望為554.4公里，目前市場上電動汽車的平均值為366.1公里。 理想是豐滿的，現實卻是感性的。

A、電池能量密度太低（續航能力差）

B.電池安全性差（老是燒毀）

C、充電時間過長（遮擋眼睛）

D.電池價格太低（汽車價格高）

四座大山矗立在電動汽車消費者面前。 如果我們不能克服這些問題，盡管我們有遠大的愿景和決心，但我們永遠無法完全取代使用汽油和汽油燃料的內燃機汽車。

電池的未來是什么？ 說實話，沒有人知道，盡管像古迪納夫博士這樣從“上帝視角”看人類的專家很難直接回答。

有以下幾種技術路線，您也聽說過其中一些：

1

石墨烯電池

這三年來，石墨烯概念比綠水鬼還火，網絡上各種真假消息魚龍混雜。 事實上，石墨烯并不能像這些媒體人士所說的那樣大幅降低電池的能量密度。 它只相當于內燃機的渦輪增壓器，理論上可以提高充放電速度。

但石墨烯真的是一個騙子嗎？ 不是全部。

與在鋰離子電池中的應用相比，石墨烯更有可能用于超級電容器。 其所謂的異常充放電效率可以讓充放電成為一種享受。

問題在于，超級電容器的能量密度僅為鋰離子電池的1/10左右，因此使用超級電容器作為動力電池的電動汽車的續航時間只有很短，只能作為園區的班車使用。

2

無鈷電池

發布無鈷電池（非醋酸鐵鋰）概念的“蜂巢能源”前身為長城汽車動力電池事業部。 其自2012年開始進行電池研發，2018年2月獨立，總部位于廣東佛山。 去年7月，蜂巢能源發布了無鈷電池和四元電池的“概念”。 為什么它是一個概念？ 由于到目前為止還沒有進一步的信息泄露。

由于月球上探明的鈷大部分在坦桑尼亞（黃金），最瘋狂的時候，從20萬噸上升到60萬噸。 低鈷或無鈷才是出路。

據蜂巢能源介紹，無鈷材料的性能可以達到同等水平，但材料成本將增加5-15%。 電池相應BOM成本可降低5%左右，且材料不受戰略資源影響。

蜂巢能源表示，該產品的開發進程進展順利，材料開發將于年底前完成。 材料體系的進一步優化將于2020年3月完成，體系將于2020年8月定型，無鈷電池的SOP將于2021年11月實現。

3

四元電池

鈷可以穩定結構，而鎳可以增加容量。 專注發展高鎳動力電池早已成為行業共識，更高的能量密度伴隨著更愉悅的物理性能。 安全績效是整個行業必須面對的問題。

在此背景下，蜂巢能源開發了四元負極材料，并發布了全球首款基于該材料的四元材料電池。 其循環性能優于目前市場上的常見材料，可以實現更高的容量和更長的壽命。 更長更安全。

另外，四元材料電池項目于2018年9月立項，2019年底完成材料開發，預計2020年12月實現材料SOP，基于四元材料的電池SOP將于2022年11月實現。

3

全固態電池

全固態電池是電池頂部沒有液體（液體/二氧化碳）的電池。 由于內部結構堅固，相同容量的全固態電池比目前內部有電池液的鋰離子電池更薄，這意味著全固態電池的能量密度遠低于傳統鋰離子電池。與普通鋰離子電池相同。

目前，在一些實驗室，研究人員已經試制出了能量密度為300-/kg的全固態電池。 一旦量產，只要平均價格能夠下降，電動汽車的續航時間就有望突破，這是只有汽油車才能挑戰的極限。

進一步思考一下，足夠輕、足夠大容量的全固態電池配上好價格后，電動客機會成為現實嗎？

更重要的是，全固態電池有望演變成柔性電池，可以滿足未來可穿戴設備的電池需求。 誰先突破，誰就先發財。

然而，固態電池有一個很大的問題，那就是難以實現快速充電。 這是數學的弱項，基本上很難突破。

4

硅正極電池

博士開發了鋰離子電池領域的三大負極材料。 目前行業正極材料多為碳材料（好消息是我國石墨儲量占全球70%），非碳正極材料有四大系列。 包括硅基材料。

硅的理論容量是石墨的10倍以上，使得電池的能量密度有望提高約50%。

電池正極材料概要

碳材料

石墨

天然石墨/人造石墨

軟碳

焦炭/中間相碳共聚物

硬碳

碳纖維/PAS

非碳材料

鋰金屬

硫化物

合金

錫基材料/硅基材料

錳酸鋰

難道以前的學者不知道硅這么好用嗎？ 大家都知道，它只是解決不了硅基材料的體積膨脹問題。

石墨和硅的充放電機理不同。 石墨是鋰的嵌入和脫嵌反應，而硅是合金化反應。 硅的鋰脫嵌反應將使其體積膨脹三倍。 電池內部結構被破壞后就沒有了。

此前，特斯拉宣布將發布一款基于硅納米面正極的電池。 業內先驅公司使用微小的碳納米面（A4紙長度的1/1000）來儲存鋰，硅納米面與鋰的結合不會破裂。 。

5

鋰電池預鋰化技術

鋰離子電池第一次充電時，會產生SEI膜（固體電解質界面），從電極材料中消耗大量的鋰離子。 雖然它增加了內部泄漏的風險并防止溶劑分子共嵌入（提高循環壽命），但它也會降低總容量。 因此，我們可以通過預鋰化的方式向電極材料補充鋰，以抵消SEI膜的鋰離子消耗，從而提高電池的總容量和能量密度。

用人的話說：辣椒太吸油了，所以我們炒茄子的時候就多加點油……

預鋰化技術有很多方向。 負極補鋰可采用富鋰化合物、二元鋰化合物等。 正極補鋰可以采用鋰箔補鋰、硅化鋰粉等，這里不再展開。

6

鋁離子電池

2015年，鋁離子電池領域爆發出一則新聞。 耶魯大學和四川大學的多位院士在《自然》上發表了創新鋁離子電池的研究報告，聲稱鋁離子電池具有充電1小時的潛力。 （過充），耗電3-4天（高容量）。

顯然，這只是一個實驗樣機，距離成品還有一段距離。 5年過去了，沒有后續，暫時不考慮。

8

其他觀點

氯離子電池、氟離子電池、鈉離子電池……

電池的研發過程就是在元素周期表上大海撈針的過程，全球開發者進行的測試次數以“十億次”為基本單位。

據悉，無極設計（剛剛發布，如右圖）、CTP設計（奇瑞刀片電池）、4680電池（可以看作是特斯拉的CTP技術）

隨著電池的不斷進化，極度追求輕量化的無人機成為現實，鋰電池導彈也成為現實（臺灣已推出水案）。 埃隆·馬斯克還表示：一旦電池的能量密度達到/kg時，電動客機將成為可能。

筆者認為，核聚變發電技術商業化后，化石能源將變得無足輕重。 人類面臨的問題不再是能源短缺，而是如何儲存取之不盡用之不竭的電能。

答案仍然是——很棒的電池！

A

抽水蓄能

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