從鉛酸電池到全固態(tài)電池 —— 電動(dòng)汽車電池 30 年進(jìn)化史！

電動(dòng)汽車領(lǐng)域最核心的技術(shù)，非電池莫屬。然而，電池技術(shù)遠(yuǎn)比想象中復(fù)雜，且種類繁多。車企始終需要在成本、續(xù)航里程與性能三者之間尋找最佳平衡點(diǎn)，這就像燃油車會(huì)搭載從自然吸氣四缸到渦輪增壓 V8 等不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)一樣。那么，電動(dòng)汽車電池究竟經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展歷程？當(dāng)下主流技術(shù)是什么？未來(lái)又將迎來(lái)哪些創(chuàng)新突破？讓我們逐一探究。

初期電池技術(shù)

鉛酸電池（Lead Acid）

鉛酸電池是歷史最悠久的可充電電池。它成本低廉、性能可靠且易于回收，如今汽車上搭載的 12 伏輔助電池，正是鉛酸電池。但它的缺點(diǎn)也十分突出 ——重量大、能量密度低，因此并不適用于當(dāng)代電動(dòng)汽車的主驅(qū)動(dòng)力來(lái)源。上世紀(jì)（參數(shù)丨圖片） 90 年代末，通用汽車第一代 EV1 曾采用鉛酸電池，但不久后便更換為其他技術(shù)路線。

鎳氫電池（NiMH）

在鋰離子電池問(wèn)世前，鎳氫電池曾得到廣泛應(yīng)用。它具備出色的耐用性，在高溫或低溫環(huán)境下也能保持相對(duì)穩(wěn)定的性能，至今仍被大量用于豐田等品牌的混合動(dòng)力車型。不過(guò)和鉛酸電池類似，鎳氫電池同樣存在重量與能量密度偏低的問(wèn)題，如今正逐步被鋰離子電池取代。

當(dāng)下：鋰離子電池時(shí)代

鋰錳氧化物電池（LMO）

這是一種以錳為核心材料的電池，具有成本低、耐高溫、充電速度快的優(yōu)勢(shì)。早期的日產(chǎn)聆風(fēng)與雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)均采用了該類型電池。但它的短板也很明顯 —— 電池衰減速度快、能量密度較低，因此如今已不再用于長(zhǎng)續(xù)航電動(dòng)汽車。

鎳錳鈷電池（NMC）

除中國(guó)市場(chǎng)外，鎳錳鈷電池是全球應(yīng)用范圍最廣的電池類型。它能量密度高，且配套供應(yīng)鏈成熟完善，現(xiàn)代、起亞、寶馬、大眾、豐田等車企的長(zhǎng)續(xù)航電動(dòng)汽車，大多采用這種電池。其缺點(diǎn)在于成本偏高，熱穩(wěn)定性也遜色于其他類型電池。

鎳鈷鋁電池（NCA）

這款電池用價(jià)格更低的鋁替代了部分昂貴的錳，既提升了電池穩(wěn)定性，又延長(zhǎng)了使用壽命。特斯拉長(zhǎng)期采用松下生產(chǎn)的鎳鈷鋁電池，而通用汽車的皮卡與 SUV 車型，則主要使用在此基礎(chǔ)上加入錳元素的 NCMA 電池。該電池能量密度表現(xiàn)優(yōu)異，但成本依舊偏高，且需要配備復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)。

磷酸鐵鋰電池（LFP）

磷酸鐵鋰電池是當(dāng)前風(fēng)靡全球大眾市場(chǎng)的電池技術(shù)。它以鐵和磷酸鹽為核心原料，摒棄了成本高昂且存在環(huán)保爭(zhēng)議的鎳、錳、鈷，因此具備低成本、高安全性與長(zhǎng)使用壽命的特點(diǎn)。盡管能量密度相對(duì)偏低，但車企通過(guò)方形電芯、電芯直入車身（CTP）等技術(shù)，有效彌補(bǔ)了這一短板。磷酸鐵鋰電池在中國(guó)市場(chǎng)應(yīng)用十分普遍，如今在歐美市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)型車型上，搭載比例也在持續(xù)攀升。

次世代技術(shù)：性能與成本的雙向優(yōu)化

鋰錳磷酸鐵電池（LMFP）

在磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)上加入錳元素，實(shí)現(xiàn)了性能與續(xù)航的雙重提升。中國(guó)國(guó)軒高科宣稱，其研發(fā)的鋰錳磷酸鐵電池在高溫環(huán)境下可完成超 1800 次充放電循環(huán)，且能支持車輛續(xù)航突破 1000 公里。寧德時(shí)代推出的 “M3P” 電池也屬于這一技術(shù)路線，目前正與特斯拉合作推進(jìn)量產(chǎn)。

富錳鋰電池（LMR）

這是西方企業(yè)研發(fā)的鋰錳磷酸鐵電池同類技術(shù)。由于北美與歐洲市場(chǎng)缺乏像中國(guó)一樣成熟的磷酸鐵鋰電池供應(yīng)鏈，為了降低成本并減少對(duì)中國(guó)供應(yīng)鏈的依賴，相關(guān)企業(yè)將研發(fā)重心投向了錳材料。

富錳鋰電池大幅減少了鎳、鈷的用量，大幅提升了錳的占比，最終實(shí)現(xiàn)了媲美鎳錳鈷電池的續(xù)航表現(xiàn)，同時(shí)成本可控制在磷酸鐵鋰電池的水平。通用與福特均在推進(jìn)該電池的研發(fā)工作，通用計(jì)劃在 2028 年前，將其搭載于大型 SUV 與皮卡車型，以實(shí)現(xiàn) 640 公里以上的續(xù)航里程。

創(chuàng)新材料：負(fù)極材料的進(jìn)化之路

硅基負(fù)極 / 復(fù)合石墨

長(zhǎng)期以來(lái)，石墨一直是電池負(fù)極的主流材料。目前，行業(yè)正全力研發(fā)能量密度更高、體積更小的新型負(fù)極材料，復(fù)合石墨與硅基負(fù)極的研發(fā)應(yīng)用正處于加速階段。

美國(guó)企業(yè) Group14 Technologies 與 Sionic Energy 均表示，其研發(fā)的硅基負(fù)極材料，可在不犧牲續(xù)航的前提下縮小電池體積，且已具備量產(chǎn)能力。事實(shí)上，硅基負(fù)極材料已被大量應(yīng)用于中國(guó)的智能手機(jī)產(chǎn)品中，預(yù)計(jì)在成本達(dá)到預(yù)期后，很快就會(huì)普及到電動(dòng)汽車領(lǐng)域。

金屬鋰負(fù)極

這是另一種極具潛力的負(fù)極材料技術(shù)路線。它直接用超薄金屬鋰片替代傳統(tǒng)石墨負(fù)極，具備重量輕、容量大的優(yōu)勢(shì)。但該技術(shù)存在一個(gè)關(guān)鍵難題 —— 充電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生名為 “鋰枝晶” 的針狀結(jié)晶，極易刺穿電池隔膜，導(dǎo)致電池?fù)p壞。盡管在理論層面，金屬鋰負(fù)極是理想的負(fù)極材料，但量產(chǎn)難度極大。Factorial Energy、QuantumScape 等一眾初創(chuàng)企業(yè)，正致力于攻克這一技術(shù)難關(guān)。

未來(lái)技術(shù)：全新可能性

鈉離子電池

鈉離子電池是近年來(lái)在中國(guó)市場(chǎng)興起的技術(shù)路線，主要應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型電動(dòng)汽車與儲(chǔ)能領(lǐng)域。它以儲(chǔ)量豐富的鈉替代鋰，鈉在地殼中的儲(chǔ)量是鋰的 1000 倍，因此具備顯著的成本優(yōu)勢(shì)。不過(guò)鈉離子電池能量密度偏低，更適合短途代步的微型電動(dòng)車、電動(dòng)滑板車等產(chǎn)品。寧德時(shí)代已推出適用于商用車的低壓電池與適用于乘用車的高壓電池包，并實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)銷售，該電池在極寒環(huán)境下的性能表現(xiàn)尤為出色。

全固態(tài)電池

全固態(tài)電池是將傳統(tǒng)鋰離子電池的液態(tài)電解質(zhì)，替換為陶瓷、聚合物、硫化物等固態(tài)電解質(zhì)的創(chuàng)新技術(shù)。理論上，全固態(tài)電池可實(shí)現(xiàn)續(xù)航提升、快充提速、壽命延長(zhǎng)，同時(shí)在極端溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性也會(huì)大幅增強(qiáng)。但該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化瓶頸在于 ——如何在無(wú)瑕疵的前提下，實(shí)現(xiàn)低成本大規(guī)模量產(chǎn)。因此，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，采用凝膠狀電解質(zhì)的半固態(tài)電池，將比全固態(tài)電池更早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地。

結(jié)語(yǔ)

僅僅制造出性能優(yōu)異的電池還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。想要兼顧超長(zhǎng)續(xù)航、超快充電、高耐用性與長(zhǎng)壽命，電池的封裝工藝同樣至關(guān)重要。圓柱電芯、軟包電芯、方形電芯等不同的電芯形態(tài)，會(huì)對(duì)電池性能產(chǎn)生巨大影響。此外，電芯是先組裝成電池模組再集成至電池包，還是直接集成到電池包或車身，也會(huì)對(duì)電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)與能效表現(xiàn)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

電動(dòng)汽車電池的進(jìn)化之路仍在繼續(xù)，車企尋找成本、性能、安全性與續(xù)航里程完美平衡點(diǎn)的征程，遠(yuǎn)未結(jié)束。