能力飛躍瘦身可期，鋰電池表示對電動交通未來保持樂觀！

相信大部分果殼er們都對迎面折返接力跑的比賽印象深刻——身形矯健的運動員們往返於100米的賽道間，其中接力棒是整場比賽最關鍵的部分，為了贏取最後的勝利，每一次交接和奔跑都必須保證它被牢牢握在手中而不掉落。在微觀世界裡，鋰離子充電電池的內部也像是一個由正極、負極和電解液組成的運動場，而鋰離子就是手持「接力棒」——電荷的運動員。和跑步運動這種高能量消耗（但長期堅持才見效）的活動相比，鋰離子「運動」的收益可立竿見影得多。

圖 | tuchong.com

要想充分運動，舒適的運動場是關鍵

如果說普通人參加了幾分鐘的跑步比賽就能精疲力竭，那鋰離子的「毅力」可以說是相當驚人——鋰離子充電電池靠的就是鋰離子在正、負極之間的往返脫嵌和重新結合，以此來實現能量的長時間儲存和釋放。以常見的LiCoO2鈷酸鋰正極（就是接力賽道的一頭）和C石墨負極（接力賽道的另一頭）的鋰離子電池為例，充電時在外界電場的作用下，鋰離子Li+從正極脫落出發，經過電解液這個「賽道」，穿過隔膜到達負極最終生成LiC6；放電時則相反，內部電場轉向，Li+離開負極，跑回正極重新生成LiCoO2。單位時間內參與「往返跑」的鋰離子越多，電池可存儲釋放的能量就越大。

鈷酸鋰原理示意圖 | nature.com

「塑膠跑道」和「優質助跑器」可以為運動員賦能。而提升正負極材料、電解質和隔膜的性能品質，則是為鋰離子提供良好舒適的「運動場地」、讓電池在充放電過程中實現最優表現的切入點。

圖 | nature.com

優秀的運動員百里挑一，

優質的電池也是眾心所歸

目前，手機和電動車等科技產品中使用的電池絕大多數都採用了鋰離子電池，隨著鋰電池在人們生活中的日漸深入，電池的容量也有希望成為第六大「馬斯洛基礎需求」。雖然鋰離子電池技術在未來幾年仍將如火如荼地發展，但未來的鋰離子電池技術面臨著兩大挑戰，分別是能量密度和安全保障。

圖 | 自製

同等質量的電池，誰能存儲更多的電能，誰的能量密度就高。美國能源部智能製造創新機構（CESMII）曾經為鋰離子電池規划了一個路線圖，原定目標是在2018年左右，鋰離子電池的能量密度可以達到每千克350瓦時[1]。如果想要在電動車上安裝更少、更輕的鋰電池還要保持理想的續航里程，就必須不斷提高電池的能量密度，讓電池開始「塑形」。

鋰離子電池的安全性則是另一個關注點。鋰離子電池的安全隱患源自於對高溫的敏感。一般來說，鋰離子電池設備使用溫度需要低於60℃。工廠在安全測試時， 會將電池置於80℃的環境中進行高溫耐久考驗，不起火、不爆炸、不漏液，就算是合格。還有一種比較極端的條件叫做「熱濫用測試」：基本步驟和煉孫悟空差不多，將滿電態電池放入130℃試驗箱中，堅持半小時不起火、不爆炸 [2]。

在一定溫度下對鋰電池進行循環測試 | 巴斯夫(BASF)

在用電產品的發展過程中，特別是電動汽車這種對能量需求較高的產品，傳統鋰離子動力電池單體並不能滿足它的動力需求，因此電動車一直使用的都是較大體積的電池——必須採用多塊電池進行串聯、並聯構成的動力電池組來提供電動汽車使用能量。然而電池組如果太重或太大，如同龜殼一樣也會增加車輛行駛的負擔，同時增加的電池組也會在概率上增加危險性。

圖 | tuchong.com

如何應對這些挑戰，

行業先鋒們已經早早動手了

如果你想要買輛一口氣跑幾百公里的電動車，這些都跟電池的未來息息相關，但為車載鋰電池減負、增能的任務迫在眉睫。不過電池的未來似乎還是非常有希望的，先站在「巨人」的肩膀上看一看吧！

超會拍星星的電動車老司機Steed、輕輕鬆鬆玩轉電動車設計的飛魚、十分了解電動車家庭需求的桔子以及專業的巴斯夫(BASF)電池專家此次一齊上陣，在視頻中解讀了鋰電池的現狀和挑戰，對電池的續航性、安全性和充電穩定性進行了客觀的分析，事情看起來挺樂觀嘛！

到2025年，純電動汽車的年產量可能高達500萬至1,000萬輛，其中的許多車輛將運用到巴斯夫的創新電池材料。而巴斯夫一直致力於開發和生產能量密度更高，價格更具優勢，性能更可靠的正極電池材料，在今天，巴斯夫研發的包括鎳鈷鋁酸鋰材料（NCA）和鎳鈷錳酸鋰材料（NCM）在內的正極電池材料已經廣泛應用於全球領先汽車生產商的電動車上。

鋰鎳氧化物的電子掃描顯微像 | 巴斯夫 (BASF)

巴斯夫將2025年設立為鋰電池技術的「小目標」，令一台普通中型電動車的實際續航里程提升到600公里，同時電池體積減半，充電時間縮短至15分鐘。這個底氣得益於巴斯夫對材料、對汽車研發周期都有深入了解，加上與電池生產商的密切合作，以及巴斯夫對與電動汽車電池相關的整體開發思路有著更好的認知和落實方案：專註於更高的電池能量密度（高鎳正極材料），優化工作效率，優化電池正極材料的生產過程。

這些努力意味著大幅提升電池整體性能的未來可期，而電動交通也將更快地走進我們每個人的生活。

【注釋】

[1] Van Noorden, R. (2014). The rechargeable revolution: A better battery. Nature News, 507(7490), 26.

[2] 中華人民共和國國家標準（GB 31241-2014）攜帶型電子產品用鋰離子電池和電池組安全要求。

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