三、当今电池技术与发展方向

1、磷酸铁锂电池

在三元锂电池一统江山的时代，仅有少数几个厂家还在坚持磷酸铁锂电池，相比主流的三元锂电池，磷酸铁锂电池具有成本较低，技术难度较低，寿命长，安全性较高的优势，这使得该类型电池在市场上仍占有一席之地。

（去年四月编写）前段时间传出国产特斯拉将会采用无钴电池，人们直接就想到了磷酸铁锂电池，在实际使用中，磷酸铁锂电池更耐高温，电热峰值大于350℃，当电池温度处于500-600℃的高温时，其内部的化学成分才开始分解。

磷酸铁锂电池在寿命方面其实更有优势，电池第一年的衰减量仅在5%以内，第二年可以保持在15%以内，5000次后剩余容量为84%，但在低温环境下（-10℃）磷酸铁锂电池的衰减非常快，经过不到100次的充放电循环后，电池容量将下降至初始环境的20%，基本上就已无法使用。

磷酸铁锂电池的工作原理不难理解，充电过程中正极里面的磷酸亚铁锂一部分锂离子离开正极通过电解质传递到负极的石墨材料，在同时正极里面的的电子也被释放出来，从外部电路到达负极，维持了化学反应平衡。

而放电时，锂离子从负极脱离出来，从电解质回到正极，与此同时，负极将原先储存的电子从外部电路回到正极，释放出能量

刀片电池（比亚迪）

所谓的刀片电池，实际上是对电芯排列方式的一种提法，其本质上是一种超级磷酸铁锂电池，该电池实际上是一种软件上的提升，硬件方面还是一款磷酸铁锂电池。

传统的动力电池的电芯采用了圆柱体设计，通过封装成电池包随后形成了电池组，不过，比亚迪的刀片电池使用了一种长度大于60厘米大电芯，可以实现无模组直接集成电池包，有效的提升了空间利用率，同时由于接触面积更大，方便了散热，也就可以匹配更高（180Wh/kg）的能量密度。

比亚迪公司的刀片电池的优点在于：1、对电池包的利用率有了显著的提高，电池包的体积能量密度也有所提高；2、由刀片电池组成的电池包的成本有所降低，制造工艺复杂度有了一定的下降；3、电池包的稳定性和可靠性有所增加；4、电池包散热安全性也得以进步

对于坚持磷酸铁锂电池技术的比亚迪公司来说，他们的超级磷酸铁锂电池技术具有较深层次的战略意义，在一定程度上弥补了磷酸铁锂电池相比三元锂电池的先天劣势：能量密度较低，再加上安全性高的优点，使得该技术在当前有一定的竞争力。

但实际上，超级磷酸铁锂电池依然属于磷酸铁锂电池这一大类，本质上没有改变，在三元锂电池都面临巨大压力的情况下，最重要的还是尽可能提升电池的能量密度，所以新种类电池的发展才是重中之重，硬件的进步才是跨时代的进步。

2、三元聚合物锂电池

三元聚合物锂电池简称为三元锂电池，是目前已使用的最为先进且最为常见的电池种类，该电池具有能量密度大这一最为重要的优点，同时在大倍率充电和耐低温方面，三元锂电池也具有很大的优势，广泛的被用作各种用电器的储能电池。

三元锂电池往往使用镍钴锰酸锂作为正极，碳材料（一般为石墨）为负极，在镍、钴、锰三种材料进行相应比例的混合，所以被称为三元，三元材料的电压平台比磷酸铁锂更高，因此比容量更大，能量密度也越大。

三元锂电池特点就是其低温下的使用性能优异，最低使用温度达到了-30℃，与磷酸铁锂电池相比，在相同环境下冬季里程衰减不到30%，明显优于磷酸铁锂电池，但三元锂电池的热稳定性略差，300℃左右就会开始发生化学分解。

在过充过放情况下，理论上磷酸铁锂电池会更稳定，但实际情况与之相反，三元锂电池表现更加优秀；寿命方面，三元电池第一年降幅在7%-10%左右、第二年就到了20%-25%，常温循环寿命，三元锂电池循环3900次剩余电量66%，这个成绩弱于磷酸铁锂电池。

三元锂电池的最大优势就是能量密度，应用较为广泛18650圆柱电池的能量密度达到了232Wh/kg以上,而电动车的领军企业特斯拉已经在新款车辆上使用了21700锂电池，其能量密度接近300Wh/kg，相比最优异但能量密度仅接近200Wh/kg的磷酸铁锂电池，优势一目了然。

21700锂电池（松下与特斯拉）

对一些房间的门窗结构较差、缝隙较大的，可做一些应急性改善：如用胶水纸带封住窗缝，并在玻璃窗外贴一层透明的塑料薄膜、采用遮阳窗帘、室内墙壁贴木制板或塑料板、在墙外涂刷白色涂料等，以减少通过外墙带来的冷气损耗。

国外版的特斯拉MODLE 3纯电驱动汽车上搭载了目前代表锂电池尖端科技的21700型锂电池，该型电池由日本著名电子产品企业松下电器产业株式会社与特斯拉共同改进原有的18650型锂电池所推出的产品。

无论是18650型电池还是21700型电池，这两种电池都采用了圆柱体的形式，单体主要由正极、负极、隔膜、正极负极集电极、安全阀、过流保护装置、绝缘件和壳体共同组成，采用圆柱电芯，由于其形态特点，便于自动化标准化生产，日本松下电器生产的圆柱体电芯良品率可以达到98%，而国内厂商也可达到90%以上。

圆柱体电池21700的优点在于：1、单体一致性好，生产起来较为简单方便；2、单体自身力学性能好，封闭的圆柱体在近似尺寸下可以获得更高的弯曲强度；3、技术成熟、成本较低，同时代表了锂电池发展之顶尖水平；4、单体尺寸较小，在事故发生时便于控制。

但缺点与优点并存，其自身的优点也导致了缺点的产生，在电动汽车这个大的用电环境下，由于单体体积小，所以需要更大数量的电池数目，电池数目的增加更考验车辆的电池管理系统；21700型电池代表了锂电池的尖端水平，也正因如此，所以很难再有发展空间，在原有基础进行改进的这条路走不通了。

特斯拉MODLE 3新采用的21700型圆柱体锂电池的能量密度达到了300Wh/kg，与在特斯拉MODLE X上使用的18650型锂电池相比，其电池能量密提高了20%，单体容量提高了35%，系统成本降低了9%左右，达到了车用锂电池的一个高峰。

3、固态电池

固态电池是未来发展中可能性最高，前景也是最好的一种电池科技，固态电池最大的特点就是他的名字，与现在所有的电池相比，固态电池的电极和电解质都是固态的，由于科学界认为传统锂电池已经到达了极限，固态电池将会取代锂电池，成为未来电池技术的主导。

固态电池的工作原理与其他采用液态电解质的电池一样，区别在于材料上的不同，固体结构可以让更多的粒子聚集，传导的电流更大，电池容量也会因此变大，同理，在相同的电量下，固态电池的体积会更小；而且因为固态电池没有液态的电解质，封存将会变得更加简单，在大型设备，例如在纯电汽车动力电池包中使用时，不需要额外增加冷却管和电子控件等系统，在节省了成本的同时还降低了重量。

在电池的使用寿命方面，固态电池更是遥遥领先于传统液态电池，其循环使用寿命达到了45000次，相应的，充放电衰减也会低很多，随着固态电池的发展，电驱动模式将会进入航空业，而日前固态电池需要攻克的是其商业化难题，随着发展的进步，固态电池将会进入生活的方方面面。

除寿命外，与传统的液态锂电池对比，固态电池还有以下几种优点：

1、能量密度高：

在使用了全固态电解质后，电池的适用材料也将发生改变，其中一个点是可以不必使用嵌锂的石墨作为负极，而是直接采用金属锂为负极，这样就可以明显减轻负极材料的质量，使得整个电池的能量密度有了明显提高，因此固态电池的能量密度最低就达到了300Wh/kg,相比能量密度已到达顶峰的传统液态锂电池，固态电池的优势一目了然。

2、体积小、重量轻：

在普通锂电池里面，大部分都被用来传递离子，所以浪费了不少珍贵的储存电量的空间，而如果把它们用固态电解质取代（主要是有机和无机陶瓷材料两种体系），正负极之间的距离（传统上由隔膜电解液填充，现在由固态电解质填充）可以缩短到甚至只有几到十几个微米，因此电池的厚度便可以得到更好的降低，全固态电池的小型化是其未来发展的方向。

3、柔性化发展更好：

即使采用脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米级以下后是可以经常弯曲的，材料会变得有柔性；相应的，全固态电池在轻薄化后柔性程度也会有明显的提高，通过使用适当的封装材料（不能是刚性的外壳），制成的电池可以经受几百到几千次的弯曲而保证性能基本不发生衰减。

4、安全性更高：

全球主要发达国家高度重视氢能产业发展，氢能已成为加快能源转型升级、培育经济新增长点的重要战略选择。

传统锂电池可能发生以下几种危险：(1) 在大电流下工作有可能出现锂枝晶，从而刺破隔膜导致短路破坏 (2)电解液为有机液体，在高温下会发生副反应并氧化分解产生气体，严重者甚至发生燃烧。电池损坏的罪魁祸首往往就是液态电解质，因此全固态电池将会避免这一问题。

购物用布袋、买菜用菜篮，避免使用一次性塑料袋，减少白色污染。