鋰電池如何拯救當代生活？｜回形針_風聞

－文字稿－

看這個電量條，你焦慮嗎？

當代生活已經離不開各種便攜電子設備，而這些設備都離不開電池，並且大部分都是鋰離子電池。

相比其他材料，鋰有什麼特殊之處？鋰離子電池是如何工作的？

電池分為正極、負極、電解質三部分，通常靠氧化還原反應產生電。

這是我們今天常見的鉛酸蓄電池，塑料外殼裏通常有六個單體電池串聯而成，每個單體電池的正負極都有多個板片互相緊密穿插。

其中正極是二氧化鉛，負極是鉛，而稀硫酸電解質中則含有硫酸氫根離子和氫離子。

放電時，負極的鉛會被電解質裏的硫酸氫根離子氧化，生成硫酸鉛和氫離子並放出電子。

電子經外部電路產生電流，並繼續和正極的二氧化鉛，以及電解質裏的硫酸氫根離子、氫離子還原生成硫酸鉛和水。

正負極間有一片多孔隔膜，多為塑料材質，可以允許離子穿過但不能導電，防止兩極直接接觸造成短路。

需要注意，蓄電池放電的過程在充電時是可逆的，所以能重複使用。

容量是人們最關心的電池參數，取決於正負極物質的比容量。

比如在鉛酸蓄電池中，1mol 的鉛，約 6.02×10²³ 個鉛原子，被氧化時會放出 2mol 電子，約 53600mAh 的電。

1mol 鉛重 207g ，把電量除以重量就得到鉛的比容量約為 259mAh/g 。

比容量越大，就能以越少的質量獲取越多電量，鋰正是因為比容量高達 3861mAh/g ，所以成為目前最常用的電池材料。

但是直接把鋰作為電極的充電電池有一個致命的缺陷。

放電時，鋰會被氧化成離子進入電解質，充電時，這些離子會再沉積到鋰的表面。但是這種沉積不均勻，會產生枝晶，枝晶過長就會折斷，不再參與反應，降低電池容量。

而且枝晶有可能刺破正負極之間的隔膜，導致短路，讓電池着火甚至爆炸

為了解決這個問題，索尼在 1991 年推出了鋰離子電池。

鋰不作為電極，而是主要基於電化學的嵌入/脱嵌反應變成離子在正負極間移動。

以鈷酸鋰電池為例，放電時，鋰從石墨負極脱嵌變為離子，並放出電子，接着鋰離子經電解質嵌入正極的鈷酸鋰，充電則相反。

鋰離子電池的關鍵在於正負極材料的化學結構必須帶有空隙，允許鋰離子嵌入或脱嵌。石墨就憑藉帶有空隙的層狀結構且價格低廉成為鋰離子電池最通用的負極材料。

所以，正極採用什麼材料就成了當今不同類型鋰離子電池最大的區別。

傳統的正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等，但是各自存在比容量較低、安全性差、成本高等不足。

一旦用在電動汽車這類大型用電設備上，性能就捉襟見肘。

於是，綜合不同物質優勢的三元材料出現了。其中 NCA 鎳鈷鋁酸鋰和 NCM 鎳鈷錳酸鋰的性能就相對出眾且平衡。

國產電動車中，有的出於成本考慮還在使用磷酸鐵鋰，當然也有以性能優先的品牌比如前途汽車在開創初期就把高性能的 NCM 作為電池材料的首選。

目前電動汽車的電池主要有圓柱形、方殼形和軟包形三種構型。

以前途汽車使用的軟包形為例，通過使用鋁塑包裝膜作為包裝材料，大大減輕了電池的重量。相比圓柱形排列時無法避免的空隙，軟包形的空間利用率更高。

此外，輕薄的軟包形電池散熱面積更大，更有利於汽車電池模塊的温度管理。

前途 K50 的電池模塊稱為 RESS 可再充電能量儲存系統，由 10 個標準電池箱、BMS 和熱管理系統組成，

每個標準電池箱有 60 個電芯，總容量 78.84kWh ，綜合工況續航里程超過380公里，60km/h 等速續航里程超過 510 公里。

滿載情況下，百公里加速時間小於 4.6 秒，性能表現媲美保時捷 911 、雷克薩斯 LC 等百萬級跑車。

作為國內首款量產純電動跑車，前途 K50 通過對鋰電池的出色應用，無疑為當代生活在手機、電腦之外又提供了一種新的可能性。