全球最高！新型锂电池容量比特斯拉Model 3还高73% 体积却更小

财联社（上海，编辑 黄君芝）讯， 据报道，加利福尼亚的Amprius公司已经生产了第一批其自称是目前可用电池中能量密度最高的锂电池。按重量计算，这些电池的能量比特斯拉Model 3的电池高出73%，而体积却减少了37%。

根据Enpower的数据，特斯拉目前的Model 3电池是最先进的，能量密度约为260 Wh/kg（730 Wh/l）。而最新的Amprius电池在比能量（单位电极放出的能量）和能量密度上都是一个重大的进步，电池容量为450Wh/kg（1150 Wh/l）。

Amprius公司表示，这种电池令人印象深刻的性能归功于其硅纳米线阳极技术。目前当你给锂离子电池充电时，你可以有效地从每个锂原子的阴极上拉出一个电子，并通过外部线路将它们移动到阳极上，因为电子不能通过阳极和阴极之间的电解液或隔膜。它们的负电荷拉着带正电荷的锂离子穿过电解质和隔膜，在那里它们各自找到一个电子，并嵌入到阳极的典型石墨晶格中。

现在，Amprius已经用硅纳米线取代了石墨晶格。硅可以储存比石墨多10倍的锂，但它容易膨胀和破裂，大大降低电池寿命。该公司表示，当你将硅形成多孔纳米线，排列成一片由较长的导线和较短的导线组成的“森林”时，硅能够耐膨胀和抗开裂，从而延长了电池的寿命，使硅阳极成为一项具有竞争力的技术。

该公司表示，硅纳米线正好根植于阳极的衬底中，因此电导率（和功率）很高。它说电池的循环寿命是“优秀的”和“不断提高的”，尽管它并没有给出任何数字，它还说，阳极是该款电池与现有其他电池唯一不同的部分，其余的可以使用现有的制造方法和部件生产。

显然，世界已经准备好接受下一代电池，希望新一代电池可以在更小的体积和重量下存储更多的能量——从智能手机到电动汽车，所有东西都将受益于重量或空间的减少，电动垂直起降飞机等新兴技术迫切需要电池来提高飞行距离和飞行能力。

当然，能量密度和比能量只是电池需要竞争的两个指标。热性能、安全性、充放电率和循环寿命都将发挥重要作用，价格也将发挥重要作用。事实上，Amprius的第一个客户是在先进的航空航天领域和卫星制造领域，这意味着这款电池目前在价格上仍没有竞争力。

买电动卡车之前，锂电池的参数先了解一下

在环保及政策多重影响下，新能源汽车，特别是电动车销量节节攀升，增速飞快。

但在快速发展的背后，关于电动车的评论始终伴随着褒贬不一的声音，例如节能但购置成本太高，环保但续航不行等，其实这些矛盾体的决定因素是电动车的核心部件“三电”——电池，电机、电控。

而在“三电”中，电池又扮演着最重要的角色，正所谓“巧妇难为无米之炊”，即使电控、电机技术再先进，作为动力源头的电池性能不行，整车性能必将大打折扣。本文将简单探讨下电池主要基础参数。

一、电池简史

电池的最早发展可追溯到1800年，意大利科学家伏打（Volta）研制成功了伏打电池，这个是世界上第一个能够实际应用的电池。1859年法国科学家普兰特（Plante）发明了铅酸蓄电池，这是世界上第一个可充电的电池。

其后科学技术水平不断提高，推动着各种电池的产生，20世纪50年代碱性锌-锰干电池问世，60年代燃料电池研制成功，70年代各种锂电池开发成功，80年代氢-镍电池问世以及90年代出现锂离子电池，电池技术迎来“井喷”式发展。

而本文探讨的电动车所采用的锂离子电池（下文简称锂电池）也正是源于这段发展期。锂电池的发展也经历过一段“坎坷”摸索时期，大致发展分一下三个阶段：

第1阶段， 因负极材料是锂金属及其合金，且不可充电，因此该阶段锂电池，更确切的表达是锂金属一次电池；

第2阶段， 负极材料仍是锂金属及其合金，但正极材料由MoS2等嵌入化合物代替过渡氧化物，实现了锂离子在电池正负极往复迁移运动，即可重复充放电，因此该阶段锂电池实质是锂金属二次电池；

第3阶段， 负极材料是石墨、焦炭等导电电极，正极材料是含锂化合物，例如嵌锂过渡金属氧化物、嵌锂金属硫化物、含锂盐类化合物。该阶段锂电池，本质上是现在我们所称作的锂离子电池。

二、锂电池结构

锂电池主要结构分为，正极、负极、电解液、隔膜及外壳。

（1）正极

特点：稳定电化学能、不易分解结构、越高越好的比容量。

分类（商用）：磷酸铁锂（LFP）、钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）

三元材料：镍锰钴酸锂（NCM）、镍锰铝酸锂（NCA）

正极材料占锂电池成本30~40%，直接影响电池性能，甚至现在市场上锂电池分类就是按照正极材料分的，可见正极材料对锂电池的重要性。

（2）负极

特点：高比容量、较好充放电可逆性、较锂电极电势更低。

分类（商用）：目前以碳材料石墨类为主（比容量有限）

未来硅-碳复合材料是趋势（比容量大，是普通石墨材料2~3倍）

（3）电解液

特点： 高离子电导率、宽电化学稳定窗口、不与电极发生反应、安全、无毒、无污染。

组成： 溶剂（30%）：碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等

溶质（50%）：锂盐（LiPF6、LiBF4等）添加剂（10%）、其他（10%）。

三、锂电池参数

（一）电池容量C： 在一定条件下，电池放出的电荷量，单位：mAh或Ah。

根据使用条件电池容量可分为：

理论容量： 假设活性物质完全被利用，电池可释放的电量。

额定容量： 实验室条件下，满充电池可释放的电量。

实际容量： 实际使用环境（但符合电池规定使用条件），满充电池可释放的电量，小于额定容量

（二）电池能量： 衡量电池存储能量多少指标，单位：Wh。

计算公式：能量＝额定电压×工作电流×工作时间= UIt=额定电压×电池容量；

例如小米手机电池，电池能量7.3Wh= 3.7V×1960mAh/1000

电池能量是衡量电池带动设备做功的重要指标。如果将电池容量理解为蓄水池可蓄水体积，那么电池能量可形象理解为蓄水池从一定高度发出可做的功。

相同电压下，电池容量越大，电池能量也越大，例如生活中给手机换更大容量的电池，目的就是增加电池能量，在工作电压不变情况下，手机的续航能得到提升。那么这种操作是否在电动车也奏效呢？

答案是不一定，因为电动车的续航跟手机的续航所消耗电能用来做功方式不一样，电池重量会随着电池容量增加而增加，车辆自重也会增加，因此存在两个变量，这时候就涉及到电池另外一个重要性能参数——能量密度。

（三）能量密度： 指单位体积或单位质量所释放的能量，表示为体积能量密度（Wh/L）或质量能量密度（Wh/kg），是电动车续航能力的直接影响因素。

能量密度主要分为单体能量密度及系统能量密度。单体能量密度是最小单元能量密度，例如一节锂电池重325g，额定电压为3.7V，容量为10Ah，则其能量密度为113Wh/kg。系统能量密度是指整车的电池组或者电池板的能量密度。

电池组或者电池板主要由若干个单节电池、电池组框架、护板及其他电子元器件等封装而成，因此系统能量密度受单体能量密度及封装技术影响，且小于单一能量密度。下图是中国未来锂电池性能规划。

能量密度也是新能源车辆补贴核心指标要求之一，历年新能源车辆补贴标准中系统能量密度门槛值如下。

从工信部每月发布的车型配置中可以发现，历年系统能量密度门槛值能比较真实地反应目前电池应用市场情况——与国家规划要求仍存在一定差距，电动车发展任重道远。

（四）电压

电池电压分为三种：

1、开路电压： 电池在没有连接外电路或者外负载时的电压，开路电压与电池的剩余能量成正比，是电动车剩余电量显示原理的主要依据。

2、工作电压： 电池在工作状态下，电池正负极之间的电势差，又称负载电压。工作电压＜开路电压，因为电池放电工作状态下，必须克服内阻。

3、放电截止电压 ：电池充满电后进行放电，放完电时达到的电压。若继续放电则为过度放电，对电池的寿命和性能有损伤。

单一电池电压值中，锂电池最高，这也是锂电池作为动力电池主要原因之一。

（五）充放电倍率（C）

表示充放电电流大小，数值上等于额定容量的倍数。充放电倍率=充放电电流÷额定容量，用“C”表示。

（六）其他参数

1、循环寿命： 经历一次充放电称为一个周期或一次循环，电池在反复充放电后，容量会逐渐下降，在一定的放电条件下，电池容量降至80%时，电池所经受的循环次数就是循环寿命。

2、自放电： 电池在储存过程中，容量会逐渐下降，其减少的容量与电池容量的比例，称为自放电率。用“%/月”表示。自放电率越低，贮存性能越好。

3、内阻： 指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。

内阻大，内耗大，加速衰减，限制大倍率充放电；内阻小，寿命和倍率都会更好。

本文特约作者：一叶知秋

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