都是蓄電池，它們憑什么更優(yōu)秀？

你知道世界上第一枚蓄電池是誰、于什么時候發(fā)明的嗎？

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其實(shí)早在 160 多年前的 1859 年，法國的 Gaston Planté（普蘭特）就發(fā)明了最早蓄電池，嚴(yán)格來說是鉛酸蓄電池（Pb），這類電池優(yōu)點(diǎn)是能提供非常穩(wěn)定的電流，直至現(xiàn)在仍有被用作汽車 12V 的小電瓶；缺點(diǎn)是密度低，且金屬鉛對環(huán)境有害、硫酸作為電解液具有較強(qiáng)的腐蝕性。

而后面的鎳鐵電池（Ni-Fe），則是我們熟悉的發(fā)明大王愛迪生于 1890 年發(fā)明的，這類電池的電流輸出穩(wěn)定性較差，但使用壽命比較長 —— 不過它在市場的成本、密度再后來的鎳鎘電池和鎳氫電池的勢頭起來了，其中鎳鎘電池（Ni-Cd）能擁有穩(wěn)定的放電電壓，1.2V 跟堿性電池的 1.5V 電壓相近，因此這類電池往往做成普通一次性干電池的模樣，甚至是取代它們；但它的缺點(diǎn)也非常明顯，除了鎘作為重金屬會污染環(huán)境外，自放電效應(yīng)也較大，即使在不用的時候也容易出現(xiàn)電量損耗，更要命的是有記憶效應(yīng) —— 這也是早期功能手機(jī)時代的電池需要耗完電再充電的原因。、性能等綜合優(yōu)勢并不大，如今已很少能看到這類蓄電池的身影了。

而鎳氫電池（Ni-MH），是鎳鎘電池的進(jìn)階版，用儲氫金屬來代替鎘，一來更環(huán)保、二來容量更高，重要的是記憶效應(yīng)要比鎳鎘電池弱不少，而且現(xiàn)在改進(jìn)后的鎳氫電池自放電效應(yīng)也更弱些 —— 如今我們?nèi)阅茉谑忻嫔险业?5 號、7 號規(guī)格的鎳氫蓄電池，甚至是鎳鎘蓄電池。

直到鋰離子電池（Li-ion）的出現(xiàn)，蓄電池的歷史開始被改寫。

首先需要解釋一下，嚴(yán)格意義上的「鋰電池」，其實(shí)是「鋰原電池」的簡稱，是以純態(tài)鋰金屬為材料的一次性電池，并非蓄電池；而坊間所說的「鋰電池」，其實(shí)是指「鋰離子電池」或者后面提到的「鋰離子聚合物電池」。

首先鋰離子電池是依靠鋰離子在電池內(nèi)兩極間移動來工作的，它具有比上面提到的電池更高的能量密度、無記憶效應(yīng)、極低的自放電效應(yīng)（質(zhì)量差的鋰離子電池除外），而最大的缺點(diǎn)就是穩(wěn)定性較差，相對較容易起火，安全性相對較差 —— 但安全性是可以提升的，只不過成本會變高。

其中磷酸鐵鋰電池（LiFePO4），是德克薩斯大學(xué)相關(guān)人員于 1996 年首次提出概念的，磷酸鐵擁有良好的電化學(xué)性質(zhì)和較低的電阻，能獲得較高的額定電流，又因?yàn)殍F、磷在自然界中較容易獲得，因此制造成本相對更低；另外磷酸鐵鋰電池的熱穩(wěn)定性高，大概在 500℃ 以上才會分解，安全性較高，而且壽命較長（循環(huán)次數(shù)長） —— 適合作為電動汽車的動力電池使用。

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不過磷酸鐵鋰電池在低溫狀態(tài)下會性能會降低，而溫度太高又會縮短使用壽命，因此將其作為電動汽車動力電池時，需要引入較為智能的電源溫控系統(tǒng)來保障電池的性能和壽命；其次，密度相對較低也是它另一個較大的缺點(diǎn)。

至于三元鋰電池，其實(shí)是一種簡單的說法，一般是指「鎳鈷錳酸鋰電池（LiNiMnCoO2）」（有的是鎳鈷鋁酸鋰電池（LiNiCoAlO2）），因?yàn)楸绕鹌渌匿囯姵?，它正極含有除鋰以外的鎳、鈷、錳三種元素，因此稱之為「三元（材料）鋰電池」。

三元鋰電池可以看作是如今商用階段最為先進(jìn)的鋰離子電池，它利用了鎳的比能量高特性（但穩(wěn)定性差）、錳的內(nèi)阻低特性（但能量低），再加上鈷元素作為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（能提升循環(huán)壽命），使得三元鋰電池?fù)碛懈呙芏?、較長的循環(huán)壽命，適合用作高性能的動力電池。

不過它的不少優(yōu)缺點(diǎn)是跟磷酸鐵鋰電池相對的，例如三元鋰電池密度高，但穩(wěn)定性較差，大概在 300℃左右就開始分解，安全性相對差些，不懼低溫但懼怕高溫，而循環(huán)壽命低于磷酸鐵鋰電池（因此一些車廠建議日常將三元鋰電池的汽車電量維持在 20%~80% 之間），另外成本也相對較高。

如今三元鋰電池的發(fā)展重點(diǎn)在「鈷」上，畢竟「鈷」作為稀有的貴金屬，它控制著整個電池的成本門檻，因此不少電池開發(fā)商著手控制鈷的含量，提升鎳的含量，這樣的結(jié)果一來能降低成本，同時提升密度，但后果是會降低循環(huán)壽命，如何控制這個比例達(dá)到性能和成本的平衡就是一門學(xué)問了，或許未來能找到鈷的「平替」方案，三元鋰電池的成本才會真正地降下來。

鋰離子電池已成為我們?nèi)缃褡畛Ｒ姷碾姵胤N類，而事實(shí)上它的商用時間并不算長，它的運(yùn)用也并不是一蹴而就的 —— 英國化學(xué)家 Michael Stanley Whittingham 在 1970 年首次提出「鋰離子電池」這一概念，后經(jīng)過多人對安全性和穩(wěn)定性的改進(jìn)，最后在 1991 年，由索尼和旭化成這兩家公司正式將其開啟商用化，這才為我們數(shù)碼世界的翻開新篇章。

而前面稍稍提到的「鋰離子聚合物電池（Li-Poly）」，其實(shí)是以（凝膠狀）固態(tài)的聚合物來取代鋰離子電池的有機(jī)溶液，其成本更低、電池的造型更多樣（可做?。秉c(diǎn)是能量密度略低些（但相對安全點(diǎn)） —— 如今的手機(jī)大多用的是這類電池。

今天，鋰離子電池仍在發(fā)展階段，就算是鋰離子電池也分為多種不同的種類，而當(dāng)中主要以正極材料的不同作區(qū)分，畢竟它決定了電池安全性、耐老化性和容量的上限。

如今我們較常見的幾種鋰離子電池有：鐵酸鋰電池、鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、鎳酸鋰電池、三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池等等；而在我們電動汽車領(lǐng)域，最常聽見的兩種鋰離子電池類型分別是「三元鋰電池」，和「磷酸鐵鋰電池」。

人們總是在追求多快好省，電池技術(shù)也一樣，蓄電池發(fā)展的瓶頸隨著電動汽車對動力電池需求也終于突破了一丟丟，新的電池技術(shù)仍在路上。

例如不少電池廠商已經(jīng)開始研發(fā)「固態(tài)電池」—— 其實(shí)它是在鋰離子電池基礎(chǔ)上演變的一種新形態(tài)電池，將原本普通鋰離子電池的電解液，或者鋰離子聚合物電池的凝膠狀固態(tài)的聚合物，以及隔膜更換為固態(tài)的電池質(zhì)；而理論上它既保證了能量密度、循環(huán)壽命，同時具有耐高溫、不可燃等特性，前景可期。不過市場普遍預(yù)測固態(tài)電池的時代還沒那么快到來，而那邊廂蔚來已經(jīng)口頭上宣布明年將量產(chǎn)（半）固態(tài)電池，是否屬實(shí)唯有等時間來證明了。

除了鋰離子電池，國內(nèi)的電池龍頭商寧德時代已經(jīng)發(fā)布了第一代高能量密度的鈉離子電池，電芯密度能達(dá)到 160Wh/kg，支持快充、耐低溫等性能，不過現(xiàn)階段產(chǎn)品性能仍略低于磷酸鐵鋰電池，而寧德時代下一步會將能量密度提升到 200Wh/kg，且計(jì)劃于后年形成基本的產(chǎn)業(yè)鏈。