能力飞跃瘦身可期，锂电池表示对电动交通未来保持乐观！

相信大部分果壳er们都对迎面折返接力跑的比赛印象深刻——身形矫健的运动员们往返于100米的赛道间，其中接力棒是整场比赛最关键的部分，为了赢取最后的胜利，每一次交接和奔跑都必须保证它被牢牢握在手中而不掉落。在微观世界里，锂离子充电电池的内部也像是一个由正极、负极和电解液组成的运动场，而锂离子就是手持“接力棒”——电荷的运动员。和跑步运动这种高能量消耗（但长期坚持才见效）的活动相比，锂离子“运动”的收益可立竿见影得多。

图 | tuchong.com

要想充分运动，舒适的运动场是关键

如果说普通人参加了几分钟的跑步比赛就能精疲力竭，那锂离子的“毅力”可以说是相当惊人——锂离子充电电池靠的就是锂离子在正、负极之间的往返脱嵌和重新结合，以此来实现能量的长时间储存和释放。以常见的LiCoO₂钴酸锂正极（就是接力赛道的一头）和C石墨负极（接力赛道的另一头）的锂离子电池为例，充电时在外界电场的作用下，锂离子Li⁺从正极脱落出发，经过电解液这个“赛道”，穿过隔膜到达负极最终生成LiC₆；放电时则相反，内部电场转向， Li⁺离开负极，跑回正极重新生成LiCoO₂。单位时间内参与“往返跑”的锂离子越多，电池可存储释放的能量就越大。

钴酸锂原理示意图 | nature.com

“塑胶跑道”和“优质助跑器”可以为运动员赋能。而提升正负极材料、电解质和隔膜的性能品质，则是为锂离子提供良好舒适的“运动场地”、让电池在充放电过程中实现最优表现的切入点。

图 | nature.com

优秀的运动员百里挑一，

优质的电池也是众心所归

目前，手机和电动车等科技产品中使用的电池绝大多数都采用了锂离子电池，随着锂电池在人们生活中的日渐深入，电池的容量也有希望成为第六大“马斯洛基础需求”。虽然锂离子电池技术在未来几年仍将如火如荼地发展，但未来的锂离子电池技术面临着两大挑战，分别是能量密度和安全保障。

图 | 自制

同等质量的电池，谁能存储更多的电能，谁的能量密度就高。美国能源部智能制造创新机构（CESMII）曾经为锂离子电池规划了一个路线图，原定目标是在2018年左右，锂离子电池的能量密度可以达到每千克350瓦时[1]。如果想要在电动车上安装更少、更轻的锂电池还要保持理想的续航里程，就必须不断提高电池的能量密度，让电池开始“塑形”。

 

锂离子电池的安全性则是另一个关注点。锂离子电池的安全隐患源自于对高温的敏感。一般来说，锂离子电池设备使用温度需要低于60℃。工厂在安全测试时， 会将电池置于80℃的环境中进行高温耐久考验，不起火、不爆炸、不漏液，就算是合格。还有一种比较极端的条件叫做“热滥用测试”：基本步骤和炼孙悟空差不多，将满电态电池放入130℃试验箱中，坚持半小时不起火、不爆炸  [2]。  

在一定温度下对锂电池进行循环测试 | 巴斯夫(BASF)

在用电产品的发展过程中，特别是电动汽车这种对能量需求较高的产品，传统锂离子动力电池单体并不能满足它的动力需求，因此电动车一直使用的都是较大体积的电池——必须采用多块电池进行串联、并联构成的动力电池组来提供电动汽车使用能量。然而电池组如果太重或太大，如同龟壳一样也会增加车辆行驶的负担，同时增加的电池组也会在概率上增加危险性。

图 | tuchong.com

如何应对这些挑战，

行业先锋们已经早早动手了

如果你想要买辆一口气跑几百公里的电动车，这些都跟电池的未来息息相关，但为车载锂电池减负、增能的任务迫在眉睫。不过电池的未来似乎还是非常有希望的，先站在“巨人”的肩膀上看一看吧！

超会拍星星的电动车老司机Steed、轻轻松松玩转电动车设计的飞鱼、十分了解电动车家庭需求的桔子以及专业的巴斯夫(BASF)电池专家此次一齐上阵，在视频中解读了锂电池的现状和挑战，对电池的续航性、安全性和充电稳定性进行了客观的分析，事情看起来挺乐观嘛！

 

到2025年，纯电动汽车的年产量可能高达500万至1,000万辆，其中的许多车辆将运用到巴斯夫的创新电池材料。而巴斯夫一直致力于开发和生产能量密度更高，价格更具优势，性能更可靠的正极电池材料，在今天，巴斯夫研发的包括镍钴铝酸锂材料（NCA）和镍钴锰酸锂材料（NCM）在内的正极电池材料已经广泛应用于全球领先汽车生产商的电动车上。

    锂镍氧化物的电子扫描显微像 | 巴斯夫 (BASF)  

巴斯夫将2025年设立为锂电池技术的“小目标”，令一台普通中型电动车的实际续航里程提升到600公里，同时电池体积减半，充电时间缩短至15分钟。这个底气得益于巴斯夫对材料、对汽车研发周期都有深入了解，加上与电池生产商的密切合作，以及巴斯夫对与电动汽车电池相关的整体开发思路有着更好的认知和落实方案：专注于更高的电池能量密度（高镍正极材料），优化工作效率，优化电池正极材料的生产过程。

 

这些努力意味着大幅提升电池整体性能的未来可期，而电动交通也将更快地走进我们每个人的生活。

【注释】

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

[2] 中华人民共和国国家标准（GB 31241-2014）便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求。