電動爹，電動爹，天下苦續(xù)航久矣。

　　續(xù)航焦慮是伴隨著新能源汽車開始走入舞臺之后，對老司機們的又一磨難。夏季尚且能過，冬季有的車甚至續(xù)航直接砍半，讓許多第一次購買新能源車的人措手不及。

　　那這“爹”為什么這么難伺候?根源在于電池，我們?nèi)粘Ｋf的新能源三大件——“三電系統(tǒng)”，其實電控和電機都已經(jīng)相當(dāng)成熟，大幾百匹的小型化電機，滿足多路況、全地形的電控，都已出現(xiàn)在量產(chǎn)車上，唯一的瓶頸就是電池技術(shù)。

　　哪怕這世界上最聰明的頭腦與最有錢的資本家都在死磕電池技術(shù)，但它的進(jìn)展也沒有想象中快。

　　下方表達(dá)的內(nèi)容，主要與電池為什么出現(xiàn)瓶頸有關(guān)，深入淺出跟大家分享下電池技術(shù)的現(xiàn)狀(以商用或者宣布的技術(shù)現(xiàn)狀為主)，包括主機廠都采用了哪些方法去盡量提高車輛續(xù)航。沒耐心的同學(xué)可以空降到最后的總結(jié)部分。

　　1. 為什么都在探索固態(tài)電池

　　核電池的原理是將同位素衰減產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能，之所以大家都認(rèn)為核電池約等于“無限續(xù)航”，其原因是同位素衰減周期很慢，所以理論上擁有長達(dá)數(shù)十年的時間。當(dāng)然，反應(yīng)堆微型化的技術(shù)難點先不說，價格與輻射普通人就已經(jīng)無法接受。

　　燃料電池是將燃料具有的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，目前普遍認(rèn)為氫是比較合適的燃料，然而因為制氫、儲氫以及運氫的成本和技術(shù)都還有許多要解決的問題，商用化暫時還不太可能，雖然豐田在該領(lǐng)域深耕多年，2022年北京冬奧會也采用了豐田的氫能車，但這或許只是一種信號，不代表問題已解決。

　　所以，在未來較長一段時間內(nèi)，電池依然是我們可以商用且相對清潔的能源。

　　那么三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池，以及最近兩年很火的固態(tài)電池又是什么意思，它們分別代表著什么，又有什么特點?

　　首先明確一個概念，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池都屬于鋰離子電池，主要由正負(fù)極材料、電解液以及隔膜組成，而磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的主要代表著它們正極材料的不同，正負(fù)極材料主要決定了電池的容量，而電解液是鋰離子傳遞的介質(zhì)。

　　至于固態(tài)電池嘛，主要是“固”在了電解液上，用固態(tài)電解質(zhì)代替電解液和隔膜。這是因為在傳統(tǒng)鋰離子電池上，電解液實在是太重了，比如奔馳EQC搭載的80kWh電池超過700kg，相比之下，一臺V型8缸雙渦輪增壓的發(fā)動機則顯得身輕如燕。

　　那么，固態(tài)電池到底有什么優(yōu)勢，能在新能源圈引發(fā)如此熱度的討論?

　　首先是安全方面，因為采用了固態(tài)電解質(zhì)，所以不存在隔膜，也不會存在因為穿刺、過度充放電等情況造車的正負(fù)極短路，自燃風(fēng)險大大降低，哪怕是被針刺的千瘡百孔，固態(tài)電解質(zhì)也是“面不改色”;

　　其次是可以顯著提高能量密度，因為液態(tài)電解液體積太大，真正參與充放電的鋰離子只有總質(zhì)量的2%。而固態(tài)電解質(zhì)更薄更輕，單位體積下可以放入更多電芯，同時因為固態(tài)電解質(zhì)的“惰性”體質(zhì)更強，所以也無需大規(guī)模的熱管理系統(tǒng)。再者，由于沒有廢液，固態(tài)電池在回收時也更加簡單。

　　那么固態(tài)電池既然一身都是優(yōu)點，為何動力電池從一開始就不用固態(tài)電池呢?

　　主要還是成本與大功率應(yīng)用場景問題。成本自不用說，固態(tài)電池的生產(chǎn)要比鋰離子電池復(fù)雜很多，比如我們都知道鋰離子電池的性能優(yōu)于鉛酸電池，但市場上大多低端電動車、兩輪電動車以及老頭樂都是用的鉛酸電池，主要的原因就是足夠便宜。

　　至于大功率的應(yīng)用問題，主要還存在于阻抗以及電子流動性問題，前者的問題在于鋰電池負(fù)極在長久的充放電過程會析出枝晶，而這些枝晶在液態(tài)電解質(zhì)中非常煩人，它們堆積到一定程度后會刺破隔膜造成正負(fù)極短路從而引發(fā)危險，雖然固態(tài)電解質(zhì)可以有效隔絕枝晶刺破隔膜的問題，但并不能阻止枝晶堆積，長此以往也會出現(xiàn)死鋰，從而降低電池容量。

　　電子流動性的問題則主要是因為鋰離子在固態(tài)電解質(zhì)中流動會相比液態(tài)電解質(zhì)更加困難，原先是從液態(tài)這頭到液體那頭，現(xiàn)在需要穿越一片固體物質(zhì)。這也是目前固態(tài)電池遇到的最大難點，大電流充、放電能力不足，而高功率放電、高功率充電又是未來電動車不可或缺的。

　　但綜合來說，固態(tài)電解質(zhì)相比液態(tài)的優(yōu)點依然相當(dāng)明顯，相比起剛剛提到的兩個缺點，高能量密度和安全性、穩(wěn)定性是如今電動車發(fā)展更需要的部分。

　　至于蔚來在ET7的發(fā)布會上提到的固態(tài)電池，并非純固態(tài)電池，不過蔚來一直沒有提到電解液的量，也沒公布70KWh和100KWh的車能否升級?價格是多少?至于承諾的今年能否交付，只有蔚來自己知道。

　　2. 正負(fù)極上的各種花樣

　　如果你還沒有把初中化學(xué)還給老師的話，那應(yīng)該還記得電池主要是由正極、負(fù)極、電解質(zhì)三大部分組成，說完了固態(tài)電解質(zhì)對于傳統(tǒng)動力電池的優(yōu)劣勢，我們再來看看正負(fù)極到底都有什么玩法，可以讓電池技術(shù)更進(jìn)一步，目前我們的難點又在哪?

　　首先，明確一個概念是，正負(fù)極的材料以及配比都會影響電池性能。比如三元鋰電池以鎳、鈷、錳或鋁的混合材料作為正極材料，通過調(diào)節(jié)各成分的混合比例，電池能夠表現(xiàn)出不一樣的特性。比如提高鎳的比例，能讓電池能量密度更大;提高鉆的比例，能讓電池壽命更長、充電更快;提高錳或鋁的比例，能讓電池更穩(wěn)定。

　　根據(jù)混合比例也就有了不同的型號，如523、 622、811等。但從這個比例演變的過程可以看出，占比為80%的鎳是不斷提高的，而鈷的比例則一降再降，這是因為鎳可以很直接提高電池的能量密度，之所以不完全用鎳還保留鈷，是因為后者可以讓電池保持穩(wěn)定性，但相應(yīng)的，提高鈷的含量也會降低電池能量密度，所以，在高能量密度電池成為大勢所趨的情況下，超低鈷電池甚至無鈷電池，則是現(xiàn)階段工程師們努力的方向。

　　目前，特斯拉經(jīng)過不斷技術(shù)優(yōu)化之后，鈷的含量已經(jīng)降到了3%左右，未來降到1%甚至無鈷并不是沒可能，但為了穩(wěn)定性以及安全性，找到替代鈷元素所起到的作用，就成為了關(guān)鍵。

　　許久沒有發(fā)聲的長城蜂巢能源據(jù)說已經(jīng)做到了量產(chǎn)無鈷電池，采用了一系列非專業(yè)人士根本無法看懂的技術(shù)(納米網(wǎng)絡(luò)包覆、摻雜陽離子等)，并實現(xiàn)了240Wh/kg單體能量密度的水平。

　　至于負(fù)極這邊，目前鋰電池中最常用的負(fù)極材料是石墨，其本身元素是碳。由于負(fù)極負(fù)責(zé)放電，需要對電解質(zhì)脫出鋰離子，所以負(fù)極能存儲多少鋰離子，就成為了電池容量的上限。

　　而碳的儲鋰性能又相當(dāng)一般，石墨之所以能廣泛應(yīng)用在負(fù)極材料上，主要還是因為其穩(wěn)定的特性。

　　為了進(jìn)一步提高性能，目前比較主流的技術(shù)是在碳里加入硅。因為硅的儲鋰量比碳高了近十倍，但硅的比例太高，又會讓負(fù)極穩(wěn)定性變差，比如全硅負(fù)極的充放電膨脹率達(dá)到了300%，而石墨只有10%。所以，大多數(shù)廠家都是盡可能的平衡，比如智己L7的“摻硅補鋰”，比如AION LX PLUS的海綿硅負(fù)極片，都是這么個道理。

　　當(dāng)然了，既然負(fù)極最大的使命就是在電解質(zhì)中釋放鋰離子，顯然，終極目標(biāo)就是直接采用鋰金屬作為負(fù)極，但鋰金屬作為負(fù)極最大的危險就是前面提到的枝晶問題，當(dāng)反復(fù)充放電時負(fù)極會析出枝晶，從而刺破隔膜造成短路，理論上來說，固態(tài)電解質(zhì)與鋰金屬負(fù)極是相輔相成的，二者彼此滿足，這也是固態(tài)電池呼聲如此大的又一原因。

　　當(dāng)然了，鋰金屬作為負(fù)極材料的問題遠(yuǎn)不止枝晶一個，目前該項技術(shù)還處于實驗室階段，SES battery world上的第一代鋰金屬電池也還未經(jīng)過市場和實際情況的驗證，我們目前能看到高硅鋰電池普及就已經(jīng)非常不錯了。

　　寫在最后

　　最后我們來總結(jié)一下，電池技術(shù)雖然是電動車三電系統(tǒng)里進(jìn)展最為緩慢的一個項目，但近些年隨著資本和人力的不斷增加，未來的道路也開始逐步明朗。

　　除了燃料電池、核電池等形態(tài)，未來我們這代人能看到最完美的電池形態(tài)應(yīng)該就是采用了純固態(tài)電解質(zhì)、鋰金屬負(fù)極、無鈷正極的電池。而這時，我估計離L5自動駕駛量產(chǎn)也已經(jīng)不遠(yuǎn)了。但無論如何，我們終究是見證歷史的一代。