启航娱乐平台-怎么样中国动力电池路线，目前主要是受到C和B两家动力电池企业所主导，而B家最主要的方向是从三元往磷酸铁锂走。而C家的技术路线，也没有公布特别清晰，不过最近在新能源汽车会议上，有朋友拍摄了C家最新的动力电池的技术路线，我想重新整理这些材料作为切入点。

　　因为是动力电池的龙头，也是当前国内外车企的电动汽车车型主要提供商，所以从技术路线的角度是可以从里面反推出很多有趣的东西。

　　第一类 高性价比电池：磷酸铁锂这个化学体系，最大的优点还是对于金属约束少。所以C家把这类定义为 “经济型”。从时间轴来分，可以分为两个阶段

　　因此2023年是一个非常重要的节点，可以理解为铁锂电池能达到450Wh/L这个和之前三元电池520Wh/L相差无几的数据，能替代65kWh以下的需求。从这个逻辑意义上来看，C家的想法，在经济性上不考虑快充的方案下，把A0-B级入门款的车型全部涵盖掉。我的理解是，这里的铁锂和我们之前170Wh/kg的方案有着明显的差异化。

　　这其实是一条演进路线演进到中镍高电压体系 “镍55”的车型，最主要是针对现有的中高端车型演进的道路。

　　我的理解，这里现有电芯，就是目前市面上普遍能看到的电芯都是中镍单晶5系，镍55是一种高电压单晶材料，解决了镍5系三元材料能量密度低的痛点，同时也兼顾了安全性和成本低的优点。配合这类电芯，大家可以比较容易做到能通过热失控扩散的电池。说实话，这类的成本控制比较困难，在当前的材料价格下，很容易直接给铁锂直接替换掉。

　　由于目前的旗舰车型都是100kWh起，所以技术路线走高镍路线的是成本相对比较高的，所以建立在高镍体系和硅碳负极上面。

　　2021年至2023年，电芯的质量能量密度介于240-300Wh/kg（体积能量密度560Wh/L-650Wh/L），快充时间为18-30分钟（3.3C-2C）。

　　2021年下半年到2024年，宁德时代开始导入硅碳负极，电芯的质量能量密度升级到300-400Wh/kg（体积能量密度630Wh/L-750Wh/L），快充时间为9-15分钟（6.6C-4C）。

　　2025年，导入固态电池，电芯的质量能量密度大于400Wh/kg（体积能量密度大于800Wh/L），在这个技术分支上，一直没看到C家有实质性的产品展示，目前还处在前期开发阶段，需要解决很多基础的问题

　　2030年，这个出来非常预期的技术，包括无稀有金属正极材料、锂空气等材料体系研究，电芯能量密度突破500Wh/kg到600Wh/kg，主要是给出一个方向性探索。每年砸钱来布局专利体系和前言的

　　第四类：这是我增加的一个块，在动力电池上没看到，就是前面在股东大会上，C家所讲的钠电池，这玩意从短期内来看是抑制前端资源猛涨的一个博弈手段，具体内容等C家发布了再说。

　　我其实不太懂这个无衰减是不是真的成立，但是根据负责电池数据的小伙伴交流，之前C家5系电芯在上海这样的环境适宜地区，用下来衰减确实挺好的。方壳的优点是电解液可以多放点，和LG的软包相比，容量衰减要好很多。但是这个100万、200公里成立与否，真的是需要长时间的观察，还需要搭配每天足够的里程，较大载荷运行。

　　从私家车=运营车1&运营车2，再到储能再到备用电池，再到回收，这种非常长时间的路径，对于电池安全考量是否存在一票否决制，真的需要探索者在较长的时间维度去尝试。

　　这个2C目前在BBA最新款上基本能看到，5C到什么时候出来没看到。目前来看，快充特性是2022年最主要的差异化。

　　在去年冬天大家对低温特性口诛笔伐以后，2021年设计的系统很优先的解决这个问题，目前能看到最主要是自加热技术的普及应用。

　　小结：从做技术来看，C家目前包含各种各样的产品，涵盖了经济型、普适型、高端化等多个场景布局，就电动汽车的安全、续航里程、充电和寿命几个要素进行组合，这种密集型的产品阵列留给后来者突破的机会很低。目前二梯队的厂家无非就是能跟就跟，就铁锂低端在A00级别以价格战破局，欧美初创企业和日本的老玩家就靠固态电池来差异化

　　说白了，电池技术都是为了续航，从续航这个角度来说，电池技术国内是三条腿走路的情形。

　　三元锂电池主要是以镍钴锰（NCM）或者镍钴铝（NCA）作为正极材料的一种锂电池，里面的镍钴锰或镍钴铝含量可以根据实际需求进行调整。

　　比如现在能量密度最高的811三元锂电池就是三种元素含量分别为8：1：1，其中含镍越高，能量密度越大。

　　这里肯定就有人有结论了，既然含镍越多越好，那直接上10,0,0阵型可好，就跟当年切尔西打巴萨一样。有所不知，镍Ni含量超过0.8的NCM和NCA正极材料，会随着镍增高而造成表面残碱升高，阳离子混排加剧，强氧化性镍增多，氧析出现象明显等问题。

　　说人话就是：热稳定性降低，易燃易爆炸。市场上的高镍电池就有811系列产品，这款产品就在去年夏天出现了多起自燃事故。

　　众多事故也引发了汽车行业内对于一昧对高能量密度追求的思考：当前的动力电池发展方向是否过于激进，提高了汽车续航能力而增加了安全风险。这就说到了三元锂电池的兄弟：磷酸铁锂电池。

　　磷酸铁锂（LFP）电池热稳定性好，安全是其最重要的特点。他的热稳定性得益于其特殊的分子结构，LFP分子结构为一个八面体构成的空间骨架，结构中的磷酸基对于整个材料的框架具有稳定作用，因此LFP材料本身热稳定性和循环性能比较好。

　　下图是三元锂电池和磷酸铁锂电池加热下，放热曲线，最底下躺在那的是磷酸铁锂电池，放热很低很稳定，安全性贼高。

　　刀片电池的创新主要在结构布局上，传统的电池包采用的是多个电芯组成模组，然后模组安装到带横梁和纵梁的外壳上，组成电池包Pack，即电芯-模组-电池包安装模式。

　　而刀片电池采用的是无模组结构设计，省去了中间模组环节，直接将一片片电芯像尺子一样叠起来，集成为电池包。

　　说人话就是，刀片电池通过结构设计上的创新让电池包能塞更多的电池而不失安全性，从而提高整车续航能力。

　　论单体电芯能量密度，磷酸铁锂肯定是拼不过三元锂电池的，市场上普通三元锂电池单体能量密度在250wh/kg以上，而磷酸铁锂不到200wh/kg。但是装在车上使用的话，磷酸铁锂电池也能通过结构优化达到与三元电池相当续航能力，参考比亚迪汉ev。

　　目前电池技术发展存在瓶颈，还没有一个完美的产品。三元锂电池能量密度越高，安全性会降低；而磷酸铁锂电池还存在冬天续航降低问题。为了解决当下的续航问题，蔚来搞出了换电模式，虽然称不上电池技术，但也是一种创新模式。

　　肯定没有！我认为关键并不是一箱油能够稳妥的带来500公里续航，即使你的油箱见底了，只有10km续航了，你也不会担心。

　　因为你知道，你只需要掏出手机，10km内肯定有加油站。这就是加油站密度足够大之后，就可以肆无忌惮的想去哪就去哪。

　　换电站就是这个思路，如果换电站密度足够高，就不用担心电池续航低了，只要找一个换电站换块电池就行了。

　　如果依托我国强大的基建能力，再加上统一换电标准，所有的电动车都能换电的话，那电动车的推广可以无敌了。

　　以上就是我认为目前电池发展的三驾马车，其中固态电池尚不成熟，所以没有提及。

　　根据国务院办公厅2020年印发的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》明确要求“加快固态动力电池技术研发及产业化”。另据不完全统计，目前全球共有53家企业在布局研发固态电池，预计到2025年开始小批量进入市场，将成为电动汽车取代燃油汽车的制胜利器。在市场需求方面，据预测，到2030年，全球固态电池需求有望达到500GWh，按照专家保守估计，将形成3000亿元以上的市场规模。其发展方向已然成为定势。

　　针对固态电池，老王将自己整理的部分信息尽量用大白话跟大家做个简单分享和探讨：

　　首先阐明一个概念，我们通常说的固态锂电池主要包括两种：固态锂离子电池和固态锂金属电池。而现在业内大家常常听到的固态电池大部分都还是半固态电解质（液态电解质材料占比5~10%）。

　　从工作原理是，固态锂电池和传统的锂电池并无区别，两者最主要的区别在于固态电池电解质为固态，相当于锂离子迁移的场所转到了固态的电解质中。而随着正极材料的持续升级，固态电解质能够做出较好的适配，有利于提升电池系统的能量密度。另外，固态电解质的绝缘性使得其良好地将电池正极与负极阻隔，避免正负极接触产生短路的同时能充当隔膜的功能。

　　固态电解质按照化学组成分，可分为无机型、聚合物型和无机-有机复合型三种。

　　（1）无机固态电解质：钙钛矿型、石榴石型、NASICON型等固体氧化物电解质和硫化物固体电解质等。

　　（2）聚合物型固态电解质，主要是将锂盐包埋入聚合物基体中，两种物质之间通过共混和交联等反应形成Li-极性基团配位，离子导电率已提高到10-4Scm-1以上。

　　（3）有机-无机复合固态电解质结合了无机固体电解质和聚合物固体电解质的优点，既有聚合物组件的灵活性和放大加工性，又因为聚合物与无机相之间的协同作用，可以获得更强的离子导电性和稳定性。

　　固态锂电池使用薄层固体电解质，在电极之间携带锂离子。相比采用液态电解质的锂电池在高温下易燃易挥发的特性，固态电池有更高的能量密度，数据原型表明，与相同重量和体积的锂离子电池相比，固态电池可以存储多达80％的能量。相对稳定的特性也允许电池使用更高的电压补充电能，充电时间也随之变短。

　　此外，固态电解质具备较高的机械强度，易于封装，且能够有效抑制液态锂金属电池在循环过程中锂枝晶刺穿，使开发具有高能量密度的锂金属电池成为可能。

　　还有一个非常关键的因素就是固态锂电池的安全性相比液态锂电池高不少，作为搞电动汽车安全的我，是多么的渴望这一天的到来。

　　如之前的介绍，电解质是锂离子传输的重要媒介，对电池性能至关重要。锂金属的负极的缺陷、与金属锂接触的固体电解质界面失效以及活性正极材料和固态复合正极材料机械稳定性差等。以及基于不同技术体系的固态电解质材料，存在各自的缺陷或短板。而电解质界面的稳定性对全固态锂电池长循环寿命又至关重要。

　　在固态电解质选择、电芯设计上需要不断解决循环过程中固相界面接触及体积膨胀问题。其中，氧化物材料的柔韧性比较差，界面接触较差，会导致界面阻抗增加；聚合物则存在着导电率过低的问题，比现在液态电解质的导电率低4-5个数量级；硫化物固态电池则面临电解质对空气敏感、制造条件苛刻、原材料昂贵、规模化生产技术不成熟等问题。为了兼顾高能量密度、高安全、长寿命等综合性能，固态电池需要匹配高比能的正负极材料，如高镍三元正极、硅碳负极、金属锂负极等。这些高比能正负极材料的引入也为研制固态电池带来了一系列挑战，仍需要反复实验和比较，提出综合优化的解决方案。而整个过程中不管是新材料的开发还是老材料的改良都需要耗费巨大的时间、精力和投入。在此，必须像科研人员致敬！

　　到目前为止，固态电池的原型已经开发成功，但电动汽车要实现长续航需要的电芯数量至少是迄今为止在实验室测试的20倍。目前每块电池的制造成本约为10万美元，这意味着工厂将很难批量制造。从实验室到工厂的研制过程能否加快，在生产线上能否生产出标准的固态电池，性能是否达到人们的期望，是否具备在车用领域商业化应用，这些都是极为关键的标准。尽管有高能量密度、高安全性的突出优势，但就目前业界的研发进展来看，现阶段固态电池在材料成本、加工成本、量产能力等方面都或多或少存在着短时间无法突破的短板。如果有参与过电动汽车固态电池项目开发的对这点估计体会尤为深刻，这造的哪是车啊！

　　这个问题估计是大家最关注的了！根据荷兰市场分析公司FutureBridge发布的预测：到2025年，固态电池的成本将与锂离子电池相当。虽然这并非意味着固态电池技术可以在2025年实现商业化应用。据国内行业估计，固态电池的在电动汽车上的应用大概率是2030年以后的事情了，而且固态电池的应用很可能是先从消费类电子产品市场开始推广，有小到大逐层发展，最后应用到电动汽车等动力大电池市场。

　　在全固态电池大批量量产应用之前，介于液态和全固态之间的半固态电池（液态电解质材料占比5~10%）大概率会快速发展成为主流（比如蔚来之前所发布计划搭载所谓固态电池其实就是这种）。

　　就当前过动力电池路线选择上，三元和磷酸铁锂在电化学体系难以发生本质性突破的情况下不大可能发生大的变化，并且基于安全性、理性、性价比等方面综合考量，目前整车企业整体上对于磷酸铁锂的需求正逐步拉高，而三元主要还是集中在一些高端车型应用上面。从投资角度来说，磷酸铁锂的空间还是很大的。至于三元电池，由于对钴材料的使用量太大，钴受限于供应的不稳定性且价格昂贵，行业目前在三元电池的开发方向主要集中在高镍化和去钴化，所以大家最近也经常会听到无钴三元或者高镍三元的名词。当然了，现在又产生了一种新的方向，钠离子电池，优点是资源丰极其丰富，缺点是能量密度不高，在储能和两轮电动汽车市场潜力很大，详细的后面找机会再跟大家也分享探讨。

　　现在大家也能看到很多企业有推出或者计划推出一些固态电池的车型信息，比如：

　　现在很多整车企业和电池企业都在开展固态电池相关研究，预计很快大家就能看到很多搭载固态锂电池的电动汽车“示范车”出现。更具体的信息过于敏感，就不多说了。

　　在电池企业层面，在固态锂电池技术方面，赣锋锂业、清陶能源走的是氧化物路线，宁德时代是硫化物路线。其中，清陶能源的固态电池能量密度可达400Wh/kg以上，赣锋锂业固态电池的能量密度在240Wh/kg，宁德时代理论可达400Wh/kg。

　　因为时间和篇幅的关系，先分享到这儿吧，后续抽空再接着深挖下其他有意思的技术，比如钠离子电池、石墨烯电池……

　　1、行业预测至2030年，新能源汽车销量破千万时充电补能技术将面临哪些挑战？平台运营商如何应对规模化挑战？

　　2、如何看待网爆「蔚来员工未经同意私自接触林某钦事故车辆被传唤」，蔚来回应无删改数据行为、无员工被传唤？

　　3、如何看待懂车帝懂车试验场比亚迪汉ev的碰撞结果，以及汉ev在碰撞后48小时起火爆炸？

　　8、如何评价欧阳明高：「车能跑1000km，几分钟就能充满电还很安全成本还低，以目前的电池技术不可能」？

　　10、如何看待比亚迪与宁德时代因“针”隔空互怼？电池针刺实验到底该不该做？

　　12、如何看待 4 月 21 日上海地下车库特斯拉 Model S 自燃一事及电动车安全性问题？

　　天花板？看人类的发展史来看，从来不存在什么真正意义上的天花板，科技的发展超乎你的想象，很多人们认为的天花板受当时的背景或技术的局限，才被暂且认为是天花板，但随着科技进步，天花板早晚会有被捅破的一天。从人类最初用四肢行走的天花板突破到直立行走；从弱肉强食的天花板突破到人类使用工具主宰地球；从结绳记事的天花板突破到数千亿次的超级计算机诞生。所以电池技术是否已发展到天护板，我的回答肯定是NO；至于未来电池的发展方向，目前来看继续往前走更高层次的路线是全固态电池和金属空气电池，而且这只是目前能看到的未来10-20年的一个方向，至于过了1，2十年后，新的科技水平达到怎样的一个高度，又会有多么更加高科技的电池技术，那就一起期待吧。

　　其实看到这个问题，让我想起了自己5年前刚大学毕业，作为一个小白刚进入一家主机厂公司接受新员工培训的时候，培训老师当时问了我们这些刚大学毕业的新员工一个问题:电动汽车会在将来普及吗？一个同事首先回答了这个问题，说不会普及，并列举了种种电动汽车不可能普及的理由。但听到这个回答，心中多少有点不屑，当初火车刚诞生时比人走路还慢，很多人在当时也有足够的理由去说明火车不会普及，但他们忽略了一个最为重要的前提，那就是科技的进步的力量是无穷的，看看我们现在全世界的火车普及量就知道当时的回答是多么幼稚。记得当时我按奈不住站起来回答这个问题，回答培训老师说一定能，前面同事说的种种理由不都是会在科技的发展中得以解决吗？所以纯电汽车一定会普及，就因为它有比燃油车有更多优势，解决了续航，充电等硬伤问题，将自然而然取代燃油车。如今看全世界车企全面转向电动化的举措，我更坚信当时的回答。

　　首先我们看下市面上目前普遍应用的电池技术水平，目前市面上电池主要应用的是三元锂电池和磷酸铁锂电池，三元其实就是指的电池正极的三种材料，市面上的主流三元锂电池又分为镍（Ni）钴（Co）锰（Mn）酸锂电池（NCM）和镍（Ni）钴（Co）铝（Al）酸锂电池（NCA），代表企业分别是宁德时代和松下等。对应的主机厂则是蔚来威马NCM和特斯拉NCA。而磷酸铁锂电池代表就是比亚迪刚出的刀片电池。对于这种锂电池的优劣势对比，目前综合比较为三元锂电池综合性能较高。

　　从上图我们可以看出两类三元锂电池，就能量密度来说，NCA电池更具潜力，但安全性来说NCM更安全，所以在电池的能量密度，安全性等综合考虑，实际上也是互相制约的，有更高的能量密度就更具安全隐患，反之为提高安全就不得不牺牲掉一些能量密度，他们互相之间存在着制约关系，只有找到那平衡点，才能将电池性能和稳定性最大化。

　　按目前电动车的行业痛点来说，续航里程一直是客户所关注的，所以客户的需求当然就会直接传导至电池厂商，理论上说制造能量密度高安全性高的产品谁就能抢占市场，赢得先机。按目前的趋势，下一阶段大批量量产的NCM电池就是NCM811，这个811分别就是镍（Ni）钴（Co）锰（Mn）三种材料的所含比例，而镍的含量越高则直接体现为就是能量密度越高，对安全性控制工艺就要要求更加高，当然直接体现优势为续航里程增加，而其生产的难度就越高。关于NCM几种型号电池容量和制作难度有以下对比。

　　同时其中无论是NCM还是NCA目前市场常用的两种型号的三元锂电池，都需用到元素钴，这可是贵重金属材料，电池成本其中一块也是因为此正极材料的价格高昂导致电池包成本的高居不下，目前关于钴元素各国的占比中，刚果占比最多达到了46%，中国仅有5% ，钴元素属于贵重金属，目前单价就已达到8.8万美元/吨。

　　钴这种材料线年，在这一年，美国化学家约翰·古迪纳夫（John Goodenough）发明了钴酸锂电池，“足够好”先生开启了能量存储模式的新纪元，也因此被称为“锂离子电池之父”，协同斯坦利·惠廷厄姆，吉野彰获得了2019物理学诺贝尔奖。目前我们用的电脑，手机，纯电动汽车中的电池都少不了锂电池。而绝大部分锂电池都含有钴元素。关于钴元素还有一个有趣的说法，据说距今亿万年前，一颗富含钴元素的小星系撞击地球，在非洲大草原上砸出了刚果盆地，同时也带来了大量的钴，如果没有这次小星系撞击，估计今天钴元素会比黄金还贵，没有这次撞击带来的钴，那你今天可能真的卖肾也买不起一个Iphone了，当然纯电动汽车的发展计划也会受到严重影响。钴的作用是什么，为什么电池中一定要有钴呢，钴能在电池中起到防止过热的作用，防止过热在电池中有多重要，还记得三星的note7吗，网上段子手号称能当手榴弹使用的note7，就是三星在电池研发时过于激进，减少了电池中钴元素的含量，导致这次三星的品牌“大事故”，虽然钴的价格高昂，但是确实是电池为保证安全不可或缺的元素。

　　钴的价格不断上涨，一块电池包差不多含有10千克钴元素，导致电池成本高居不下，阻碍了电动车成本的降低，增加了与燃油动力竞争的难度。同时各大电池厂都向提高镍含量比例（提高能量密度），减少钴含量比例（降低成本）研发方向攻关，保证安全性的同时提高电池性能，研发出又好又便宜的高性价比产品，从而来争取行业的领先地位。18年特斯拉与日本松下展开合作研发无钴电池，这也是特斯拉推动电动汽车发展的重要一步。

　　最近比亚迪推出了其号称行业革新的刀片电池，刀片电池采用的磷酸铁锂电池，其突出强调了其安全性方面和能量密度方面的优势，在纯电动汽车的发展中，由于钴酸锂电池在能量密度方面强于磷酸铁锂电池，但安全性弱于磷酸铁锂电池。同时市场客户对续航里程的急切要求和钴酸锂电池技术的发展，已能够基本控制其安全性，导致后续大部分主机厂都转向钴酸锂电池的发展中，目前钴酸锂电池，在电动汽车行业占比大概在71% ，但这次比亚迪的刀片电池采用磷酸铁锂电池，但体积电池能量密度并不弱于钴酸锂电池的一个重要革新方面就是刀片电池采用CTP（Cell to Pack）技术，即没有了钴酸锂电池模组化的结构，将单体电芯长条化，两端出极耳的设计使得电池包高度z轴方向利用率可以明显提高，将有效的电池布局体积相较于模组化电池提升了20%。总的来说可以说是电池技术本身不难，但电芯结构设计是具有革新意义的。

　　对于纯电动汽车主机厂来说，选择多家电池包厂家合作，降低把所有鸡蛋放在同一个篮子的风险，是一个明智之举。例如国产新势力威马汽车继与宁德时代等合作后，与TAFEL电池展开合作项目，针对电动汽车上的核心零部件电池包，威马在甄选电池包供应商时都有严格要求，就 TAFEL电池包来说，五大性能指标行业领先，在电芯安全方面做了超过200多项的设计，威马EX5搭载的是53.7KWh，能量密度为143Wh/Kg；EX6 EX5搭载的是55.9KWh，能量密度为143Wh/Kg的TAFEL的NCM电池包；TAFEL电池的生产过程高度智能化，自动化和信息化，良好保证了电池包的性能，全过程拥有超过1508个工艺点的精准控制，都保证了EX5，EX6整车电池包的安全性与稳定性。在今年第三季度，TAFEL将量产NCM811电芯产品，能量密度将高达245 Wh/Kg,将搭载于威马汽车上，这对威马汽车续航里程又将是一个新的突破，威马汽车为推进整车更加优良的性能与质量在多方面进行着布局。

　　当然上面所说的刀片电池，NCM811电池，无钴电池等都算是电池下一步量产的目标，但真正意义上的更深层次的技术革新，可能还是要属于全固态电池了，目前日本韩国中国等均已开始研发此项技术，简单来说全固体电池就是电解液和电极均为固态形式，使用固态电解质后，全固态电池相比于一般锂离子电池，可以实现更轻的质量、更小的体积，能量密度也有较大幅度的提升。全固态金属锂电池具有安全性能好、能量密度高、循环寿命长等优点。此前中国电池巨头宁德时代宣布其全固态电池商业量产最早要到2030年后。根据全固态电池的推算性能，能量密度可能是目前三元里电池的5倍以上，这意味着目前市面上400公里的电池包，如果换为全固态电池，那么续航将是2000公里以上，那电动车淘汰燃油车也是必然的事情。

　　当然还有更加概念的电池产品空气电池 ，这类产品何时能上市，估计只有观望了。金属空气电池基本原理即电极电位较负的金属与空气电极相配对都可以构成相应的金属-空气电池。例如镁空气电池，镁的电极电位较负、电化学当量较小，用它与空气电极配对可以组成镁-空气电池，镁-空气电池的理论比能量可以达到3910W·h/kg，是全固态电池能量密度的3-4倍，是目前三元锂电池的20倍左右，所以镁等金属空气电池也将是极具潜力的一个概念化产品电池。

　　所以电池技术目前肯定没有到天护板，未来电池技术方向离我们最近的应该是NCM811，无钴电池等，再远一点的发展方向应该就是全固体电池和金属空气电池。这些未来的产品不管是能量密度，安全性，使用寿命都会提升到另一个级别。未来纯电动汽车的大趋势化不会改变，未来电池包的技术革新值得期待，带给消费者的当然也会是更加具有性价比的纯电动汽车产品。

　　是人是鬼都在秀，只有锂电池在挨揍，近年来越来越多新电池技术取得关键性进展，对锂电池的绝对霸权发起挑战。

　　2020年新能源公司QuantumScape已经制造出带有陶瓷层的固态电池，同其美国另一家创业公司Solid Power也生产出了多层固态电池。进入2021年后这一趋势更为明显，先是宁德时代发布了商用版本的钠离子电池，而近期电池初创企业Form Energy也公开了一项长时储能技术背后的电池技术——铁-空气电池，并表示铁-空气电池其表现超过了锂离子电池，目前已经接近商业化阶段。

　　在Form Energy取得铁-空气电池关键性突破之前，铁-空气电池相较于火热的固态电池、钠离子电池更不为人所知，本质上铁-空气电池仍然属于金属-空气电池的分支。

　　金属空气电池是以金属为燃料，与空气中的氧气发生氧化还原反应产生电能的一种特殊燃料电池。金属空气电池与常见的化学电池一样，也是由正极、负极、电解液三大部分构成，其中正极板由金属导电网、防水层、催化层压制而成，正极以空气中的氧气作为活性物质，在放电过程中，氧气在三相界面上被电化学催化还原为氢氧根离子。

　　金属空气电池的负极为金属，主要以电极电位较负的金属如镁、铝、锌、汞、铁等作负极材料；电解液有固定使用与循环使用两种方式，目前根据使用要求主要有KOH、NaOH、NaCI及海水。金属空气电池最突出的优点即其可以将高能量密度的金属负极与具备开放结构的活性空气正极材料相结合，节约成本，提高比能量密度。

　　制作金属空气电池，可选用的原材料比较丰富。目前已经取得研究进展的金属空气电池主要有铝空气电池、镁空气电池、锌空气电池、锂空气电池等，其中锌-空气、铝-空气电池的应用范围最为广泛。

　　例如日本三洋公司已制出大容量的二次锌-空气电池，采用空气和电液受力循环的办法，研制出电压为125V容量为560A·h的牵引车用的锌-空气电池。再比如美国加利福尼亚州在使用铝-空气电池的电动汽车上，有过只更换一次铝电极行驶里程便达1600km，美铝加拿大公司和以色列公司Phinergy新展示的100公斤重的铝-空气电池也能储存行驶3000公里的电量……

　　除了比能量高外，金属空气电池还有一个优势——寿命长，一般的金属空气电池的可循环次数高达10000次，而当前主流的锂电池充放电可循环次数仅在3000左右，不过由于金属空气电池正极需要空气作为活性物质，故极易造成电解液的干涸从而影响实际使用寿命，但铁-空气电池突破了这一束缚。

　　宣布在铁-空气电池领域取得重大突破的是一家名为Form Energy的电池初创企业，据悉成立短短十年的Form Energy便得到了贝索斯、比尔盖茨等人的支持，至今已完成共计3.25亿美元融资。而在筹集了数亿美元并对十年的研究进行了改进之后，Form Energy在近期终于向向世界赠送了一个能源技术的圣杯。

　　将我们的社会过渡到清洁能源的最大挑战是太阳能和风能是不稳定的、断断续续的。太阳只在某些时候照耀，风只在某些日子吹拂。因此，我们需要一种方法来储存大量的能源，以便在那些没有风能和太阳能的荒芜时期为家庭和其他建筑物供电。到目前为止，我们已经将清洁能源储存在锂离子电池中，但这种能源储存方法有几个缺点。

　　锂离子电池可能具有较高的能量密度和效率，但它们是使用一些不同的元素，包括锂、钴、镍和锰，通过有害和复杂的提取方法从地球上开采出来。提取锂需要大量的水，在提取过程结束后会使富含锂的地区变得干燥。所需的众多元素意味着锂电池的存储成本为每千瓦时50-80美元，但它们可以持续工作的周期也就3000次（或10-15年）。

　　在锂电池的正常生命周期内，它们也容易发生危险的燃烧事件，由此产生的火灾可能难以扑灭。然而，到目前为止，它们最大的缺点是，它们每次只能向电网释放4小时的能量。鉴于每天有大约12个小时左右的时间为用电高峰的夜晚，以及可能跨越一周的风暴，4小时不足以满足能源需求。由于这个原因，我们的社会还不能依靠清洁能源。从来没有一个足够有效的储能系统，可以补充锂离子电池，使我们的社会完全转向清洁能源基础设施。

　　Form Energy公司公布的铁-空气电池的部分魅力在于它的简单性，只有两种常见的主要成分——铁和空气，因此被称为铁-空气电池。虽然铁的提取也会导致空气和水的污染，但铁-空气电池可以的完成充电放电周期可以长10000次，而锂的循环次数只有3000次（这相当于铁-空气电池可以使用30年，而锂只有10年）。铁在地壳中的含量也更多，使它的成本远远低于传统电池与其他金属空气电池所需的各种元素，其每个电池在每千瓦时的存储中只需花费价值6美元的材料，并且完全成型的电池系统的成本将低于每千瓦时20美元，使其总体上比锂离子电池便宜得多，Form Energy公司对其电池的最新评估认为其成本低至锂单元的十分之一。

　　但这还不是他们最令人兴奋的地方，Form Energy公司的创新在于其推出的铁-空气电池是一种固体电解质的静态电池，而不是使用电解液的液流电池，具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性，同时能量密度也更有优势，钴酸锂的电解质溶液充电到4.45V，三元材料可以充电到4.35V便会被氧化，而固体电解质可达到5V，有利于提升电池系统的能量密度。

　　铁-空气电池是一个可充电150小时的系统，这意味着它们可以为电网提供超过6天的电力。我们的社会将最终拥有一个安全的、全可再生的电网，使我们能够完全脱离化石燃料发电厂。而且我们不必再等太久就能做到。Form Energy的下一阶段是向电网规模的发电厂发展，计划在2023年建立一个示范工厂，并在2025年将功能齐全的长寿命铁电池投入电网。已经有几家公用事业公司正在与Form Energy公司就部署其新电池进行沟通，这可能正是让美国实现到2035年实现无碳化的目标。

　　但是，铁-空气电池究竟是如何达到这一效果的呢？它是通过被称为可逆生锈的东西发生的。一个单一的大型电池单元可以包含10-20个电池堆。在这些电池中，有三个主要部分：阳极、阴极和电解质。这些是构成任何电池的主要部分，使其能够产生和储存电力。在这种情况下，阳极是由铁球组成的，而呼吸空气的阴极位于另一端。这两个部分都浸没在水基电解质中，允许进入的空气与铁发生反应。这个反应将铁氧化成氢氧化铁，在这个过程中释放出电子。然后，它进一步将铁氧化成铁锈--这个过程释放出更多的电子并为我们提供电力。所有这一切意味着，在放电过程中，铁锈会在阴极堆积，但在充电阶段，通过电池单元的电流会逆转反应，使氧气从铁锈中释放出来，铁又被还原了回来。

　　铁-空气电池并不能取代锂电池，在很多情况下铁-空气电池并不合适，因为它们太过笨重，在要求轻便的领域，如手机、电脑，甚至电动汽车领域都不合适。铁-空气电池的真正用武之地还是在家庭、电网、数据中心等固定场景做电力储存，是我们向清洁能源过渡的最后一块。如果风能、太阳能、核能和地热能能够与锂离子电池一起提供我们80%的电力，那么最后的20%则又希望用铁-空气电池来解决。