電動爹，電動爹，天下苦續航久矣。

　　續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，我們日常所說的新能源三大件——“三電系統”，其實電控和電機都已經相當成熟，大幾百匹的小型化電機，滿足多路況、全地形的電控，都已出現在量產車上，唯一的瓶頸就是電池技術。

　　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，但它的進展也沒有想象中快。

　　下方表達的內容，主要與電池為什么出現瓶頸有關，深入淺出跟大家分享下電池技術的現狀(以商用或者宣布的技術現狀為主)，包括主機廠都采用了哪些方法去盡量提高車輛續航。沒耐心的同學可以空降到最后的總結部分。

　　1. 為什么都在探索固態電池

　　核電池的原理是將同位素衰減產生的熱能轉化為電能，之所以大家都認為核電池約等于“無限續航”，其原因是同位素衰減周期很慢，所以理論上擁有長達數十年的時間。當然，反應堆微型化的技術難點先不說，價格與輻射普通人就已經無法接受。

　　燃料電池是將燃料具有的化學能轉化為電能，目前普遍認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，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。

　　至于固態電池嘛，主要是“固”在了電解液上，用固態電解質代替電解液和隔膜。這是因為在傳統鋰離子電池上，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缸雙渦輪增壓的發動機則顯得身輕如燕。

　　那么，固態電池到底有什么優勢，能在新能源圈引發如此熱度的討論?

　　首先是安全方面，因為采用了固態電解質，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極短路，自燃風險大大降低，哪怕是被針刺的千瘡百孔，固態電解質也是“面不改色”;

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

　　那么固態電池既然一身都是優點，為何動力電池從一開始就不用固態電池呢?

　　主要還是成本與大功率應用場景問題。成本自不用說，固態電池的生產要比鋰離子電池復雜很多，比如我們都知道鋰離子電池的性能優于鉛酸電池，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極在長久的充放電過程會析出枝晶，而這些枝晶在液態電解質中非常煩人，它們堆積到一定程度后會刺破隔膜造成正負極短路從而引發危險，雖然固態電解質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電解質中流動會相比液態電解質更加困難，原先是從液態這頭到液體那頭，現在需要穿越一片固體物質。這也是目前固態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，固態電解質相比液態的優點依然相當明顯，相比起剛剛提到的兩個缺點，高能量密度和安全性、穩定性是如今電動車發展更需要的部分。

　　至于蔚來在ET7的發布會上提到的固態電池，并非純固態電池，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. 正負極上的各種花樣

　　如果你還沒有把初中化學還給老師的話，那應該還記得電池主要是由正極、負極、電解質三大部分組成，說完了固態電解質對于傳統動力電池的優劣勢，我們再來看看正負極到底都有什么玩法，可以讓電池技術更進一步，目前我們的難點又在哪?

　　首先，明確一個概念是，正負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，通過調節各成分的混合比例，電池能夠表現出不一樣的特性。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，能讓電池更穩定。

　　根據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定性，但相應的，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，則是現階段工程師們努力的方向。

　　目前，特斯拉經過不斷技術優化之后，鈷的含量已經降到了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，就成為了關鍵。

　　許久沒有發聲的長城蜂巢能源據說已經做到了量產無鈷電池，采用了一系列非專業人士根本無法看懂的技術(納米網絡包覆、摻雜陽離子等)，并實現了240Wh/kg單體能量密度的水平。

　　至于負極這邊，目前鋰電池中最常用的負極材料是石墨，其本身元素是碳。由于負極負責放電，需要對電解質脫出鋰離子，所以負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一般，石墨之所以能廣泛應用在負極材料上，主要還是因為其穩定的特性。

　　為了進一步提高性能，目前比較主流的技術是在碳里加入硅。因為硅的儲鋰量比碳高了近十倍，但硅的比例太高，又會讓負極穩定性變差，比如全硅負極的充放電膨脹率達到了300%，而石墨只有10%。所以，大多數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的海綿硅負極片，都是這么個道理。

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

　　當然了，鋰金屬作為負極材料的問題遠不止枝晶一個，目前該項技術還處于實驗室階段，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非常不錯了。

　　寫在最后

　　最后我們來總結一下，電池技術雖然是電動車三電系統里進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，未來我們這代人能看到最完美的電池形態應該就是采用了純固態電解質、鋰金屬負極、無鈷正極的電池。而這時，我估計離L5自動駕駛量產也已經不遠了。但無論如何，我們終究是見證歷史的一代。