汽車動力電池解析：手把手帶你認(rèn)識鋰離子電池（一）

　　本文將《手把手帶你認(rèn)識鋰離子電池》，該文章共分為四篇，我們將分期發(fā)表，其為第一篇。

　　一、前言

　　這里所說的鋰離子電池特指可反復(fù)充電的二次鋰離子電池，而不是用完就扔的一次電池。

　　鋰離子電池分布在我們生活的每一個角落，其應(yīng)用領(lǐng)域包括手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、智能手表、移動電源(充電寶)、應(yīng)急電源、剃須刀、電動自行車、電動汽車、電動公交車、旅游觀光車、無人機(jī)，以及其他各類電動工具。作為電能的載體和眾多設(shè)備的動力來源，可以說，離開了鋰離子電池，當(dāng)今的物質(zhì)世界就玩不轉(zhuǎn)了(除非我們想倒退回幾十年前)。那么，鋰離子電池到底是什么鬼?

　　本文不科普電池的基本原理和發(fā)展歷史，有興趣的請百度查詢，這里頭有很多故事。物理學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論，被愛因斯坦之前的那一波人基本上搞得七七八八了，電池跟這兩個領(lǐng)域直接相關(guān)，與電池有關(guān)的理論，在二戰(zhàn)之前就已經(jīng)研究的差不多了，二戰(zhàn)以后并無大的創(chuàng)新。作為電池技術(shù)的一種，鋰離子電池的相關(guān)理論研究，近年來也沒有什么突破性進(jìn)展，大多數(shù)研究都集中在材料、配方、工藝等方面，也就是如何提高產(chǎn)業(yè)化的程度，研究出性能更優(yōu)異的鋰離子電池(存儲能量更多，用的更久)。

　　很多人在使用鋰離子電池，很多人在研究鋰離子電池的產(chǎn)品應(yīng)用(如上面提到的產(chǎn)品)，可是大多數(shù)人對鋰離子電池知之甚少，或者總是霧里看花，不得要領(lǐng)。寫本文的目的，不是為了給做鋰離子電池研發(fā)的人看的，而是給那些在產(chǎn)品里面用到鋰離子電池的工程技術(shù)人員或者鋰離子電池的使用者看的。所以本文力求通俗易懂，盡量不使用專業(yè)化的術(shù)語和公式，希望在輕松閱讀之余，能夠提升大家對鋰離子電池的認(rèn)識，起到答疑解惑的作用。

　　作者本人不是鋰離子電池領(lǐng)域的專家，沒有從事過鋰離子電池單體的技術(shù)或產(chǎn)品研發(fā)，但曾長期從事鋰離子電池的應(yīng)用技術(shù)研究，因此希望站在“用戶”的角度，來闡述我對鋰離子電池的認(rèn)識。普通用戶，通常把鋰離子電池直接叫作鋰電池，雖然兩者并不完全等同，但鋰離子電池確實是當(dāng)前鋰電池的絕對主體。

　　文中大部分的內(nèi)容，都不是本人的原創(chuàng)，而是已經(jīng)存在的知識，站在巨人的肩膀上，我們要做的僅僅是站直身體，抬起頭，世界就在我們眼前。

　　二、鋰離子電池的基本原理

　　1.如何選擇能量的載體

　　首先大家會問，為什么選擇鋰元素作為能量載體?

　　好吧，雖然我們不想去回顧化學(xué)的知識，可是這個問題必須得去元素周期表找答案，好在，大家總還記得元素周期表吧?!實在不記得，我們就花一分鐘來看看下面的表吧。

　　要想成為好的能量載體，就要以盡可能小的體積和重量，存儲和搬運更多的能量。因此，需要滿足下面幾個基本條件：

　　1)原子相對質(zhì)量要小

　　2)得失電子能力要強

　　3)電子轉(zhuǎn)移比例要高

　　基于這3項基本原則，元素周期表上面的元素比下面的元素要好，左邊的元素比右邊的元素要好。初步篩選，我們只能在元素周期表的第一周期和第二周期里面去找材料：氫、氦、鋰、鈹、硼、碳、氮、氧、氟、氖。排除惰性氣體和氧化劑，只剩下氫、鋰、鈹、硼、碳，這5個元素。

　　氫元素是自然界最好的能量載體，所以氫燃料電池的研究一直方興未艾，代表了電池領(lǐng)域一個非常有前途的方向。當(dāng)然，如果核裂變技術(shù)在未來幾十年能夠取得重大突破，可以做到小型化甚至微型化，那么便攜式的核燃料電池將會有廣闊的發(fā)展空間。

　　接下來就是鋰了，選擇鋰元素來做電池，是基于地球當(dāng)前的所有元素中，我們能夠找到的相對優(yōu)解(鈹?shù)膬α刻倭?，是稀有金屬中的稀有金?。氫燃料電池與鋰離子電池的技術(shù)路線之爭，在電動汽車領(lǐng)域打的如火如荼，大概就是因為這兩種元素，是我們目前能夠找到的比較好的能量載體。當(dāng)然，這里面還牽涉到很多的商業(yè)利益，甚至政治博弈，這些不是本文要討論的范疇。

　　順便說一下，自然界中已經(jīng)存在的，并為人類廣泛使用的能源，比如石油、天然氣、煤炭等，其主要成分也是碳、氫、氧等元素(在元素周期表的第一周期和第二周期)。所以不管是自然的選擇，還是人類的“設(shè)計”，最終都是殊途同歸的。