  你知道世界上第一枚蓄电池是谁、于什么时候发明的吗？ 其实早在 160 多年前的 1859 年，法国的 Gaston Planté（普兰特）就发明了最早蓄电池，严格来说是铅酸蓄电池（Pb），这类电池优点是能提供非常稳定的电流，直至现在仍有被用作汽车 12V 的小电瓶；缺点是密度低，且金属铅对环境有害、硫酸作为电解液具有较强的腐蚀性。  ▲ 铅酸蓄电池 而后面的镍铁电池（Ni-Fe），则是我们熟悉的发明大王爱迪生于 1890 年发明的，这类电池的电流输出稳定性较差，但使用寿命比较长 —— 不过它在市场的成本、密度、性能等综合优势并不大，如今已很少能看到这类蓄电池的身影了。  ▲ 爱迪生 Exide 公司的镍铁电池产品 再后来的镍镉电池和镍氢电池的势头起来了，其中镍镉电池（Ni-Cd）能拥有稳定的放电电压，1.2V 跟碱性电池的 1.5V 电压相近，因此这类电池往往做成普通一次性干电池的模样，甚至是取代它们；但它的缺点也非常明显，除了镉作为重金属会污染环境外，自放电效应也较大，即使在不用的时候也容易出现电量损耗，更要命的是有记忆效应 —— 这也是早期功能手机时代的电池需要耗完电再充电的原因。  ▲ 多个品牌的镍镉电池 而镍氢电池（Ni-MH），是镍镉电池的进阶版，用储氢金属来代替镉，一来更环保、二来容量更高，重要的是记忆效应要比镍镉电池弱不少，而且现在改进后的镍氢电池自放电效应也更弱些 —— 如今我们仍能在市面上找到 5 号、7 号规格的镍氢蓄电池，甚至是镍镉蓄电池。  ▲ 被戏称为「爱老婆」的松下 eneloop 镍氢电池 直到锂离子电池（Li-ion）的出现，蓄电池的历史开始被改写。 首先需要解释一下，严格意义上的「锂电池」，其实是「锂原电池」的简称，是以纯态锂金属为材料的一次性电池，并非蓄电池；而坊间所说的「锂电池」，其实是指「锂离子电池」或者后面提到的「锂离子聚合物电池」。  ▲ 笔记本上的锂离子电池 首先锂离子电池是依靠锂离子在电池内两极间移动来工作的，它具有比上面提到的电池更高的能量密度、无记忆效应、极低的自放电效应（质量差的锂离子电池除外），而最大的缺点就是稳定性较差，相对较容易起火，安全性相对较差 —— 但安全性是可以提升的，只不过成本会变高。 锂离子电池已成为我们如今最常见的电池种类，而事实上它的商用时间并不算长，它的运用也并不是一蹴而就的 —— 英国化学家 Michael Stanley Whittingham 在 1970 年首次提出「锂离子电池」这一概念，后经过多人对安全性和稳定性的改进，最后在 1991 年，由索尼和旭化成这两家公司正式将其开启商用化，这才为我们数码世界的翻开新篇章。 而前面稍稍提到的「锂离子聚合物电池（Li-Poly）」，其实是以（凝胶状）固态的聚合物来取代锂离子电池的有机溶液，其成本更低、电池的造型更多样（可做薄），而缺点是能量密度略低些（但相对安全点） —— 如今的手机大多用的是这类电池。 今天，锂离子电池仍在发展阶段，就算是锂离子电池也分为多种不同的种类，而当中主要以正极材料的不同作区分，毕竟它决定了电池安全性、耐老化性和容量的上限。 如今我们较常见的几种锂离子电池有：铁酸锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍酸锂电池、三元锂电池、磷酸铁锂电池等等；而在我们电动汽车领域，最常听见的两种锂离子电池类型分别是「三元锂电池」，和「磷酸铁锂电池」。  ▲ 电动汽车上的动力电池组 其中磷酸铁锂电池（LiFePO4），是德克萨斯大学相关人员于 1996 年首次提出概念的，磷酸铁拥有良好的电化学性质和较低的电阻，能获得较高的额定电流，又因为铁、磷在自然界中较容易获得，因此制造成本相对更低；另外磷酸铁锂电池的热稳定性高，大概在 500℃ 以上才会分解，安全性较高，而且寿命较长（循环次数长） —— 适合作为电动汽车的动力电池使用。 不过磷酸铁锂电池在低温状态下会性能会降低，而温度太高又会缩短使用寿命，因此将其作为电动汽车动力电池时，需要引入较为智能的电源温控系统来保障电池的性能和寿命；其次，密度相对较低也是它另一个较大的缺点。  ▲ 电动汽车上的封装了电池组的底盘 至于三元锂电池，其实是一种简单的说法，一般是指「镍钴锰酸锂电池（LiNiMnCoO2）」（有的是镍钴铝酸锂电池（LiNiCoAlO2）），因为比起其它的锂电池，它正极含有除锂以外的镍、钴、锰三种元素，因此称之为「三元（材料）锂电池」。 三元锂电池可以看作是如今商用阶段最为先进的锂离子电池，它利用了镍的比能量高特性（但稳定性差）、锰的内阻低特性（但能量低），再加上钴元素作为稳定结构（能提升循环寿命），使得三元锂电池拥有高密度、较长的循环寿命，适合用作高性能的动力电池。 不过它的不少优缺点是跟磷酸铁锂电池相对的，例如三元锂电池密度高，但稳定性较差，大概在 300℃左右就开始分解，安全性相对差些，不惧低温但惧怕高温，而循环寿命低于磷酸铁锂电池（因此一些车厂建议日常将三元锂电池的汽车电量维持在 20%~80% 之间），另外成本也相对较高。 如今三元锂电池的发展重点在「钴」上，毕竟「钴」作为稀有的贵金属，它控制着整个电池的成本门槛，因此不少电池开发商着手控制钴的含量，提升镍的含量，这样的结果一来能降低成本，同时提升密度，但后果是会降低循环寿命，如何控制这个比例达到性能和成本的平衡就是一门学问了，或许未来能找到钴的「平替」方案，三元锂电池的成本才会真正地降下来。  人们总是在追求多快好省，电池技术也一样，蓄电池发展的瓶颈随着电动汽车对动力电池需求也终于突破了一丢丢，新的电池技术仍在路上。 例如不少电池厂商已经开始研发「固态电池」—— 其实它是在锂离子电池基础上演变的一种新形态电池，将原本普通锂离子电池的电解液，或者锂离子聚合物电池的凝胶状固态的聚合物，以及隔膜更换为固态的电池质；而理论上它既保证了能量密度、循环寿命，同时具有耐高温、不可燃等特性，前景可期。不过市场普遍预测固态电池的时代还没那么快到来，而那边厢蔚来已经口头上宣布明年将量产（半）固态电池，是否属实唯有等时间来证明了。 除了锂离子电池，国内的电池龙头商宁德时代已经发布了第一代高能量密度的钠离子电池，电芯密度能达到 160Wh/kg，支持快充、耐低温等性能，不过现阶段产品性能仍略低于磷酸铁锂电池，而宁德时代下一步会将能量密度提升到 200Wh/kg，且计划于后年形成基本的产业链。 文章来源【Referline参考线】版权归原作者所有 |
