今天小編分享的汽車經驗：從電瓶到三元锂，汽車電池材料為什麼越來越危險？，歡迎閲讀。
現在，我們一説起電動汽車立馬就會想到锂電池，對吧，但其實很多非純電汽車上還有鉛酸電池，通常用來給汽車打火啓動。
關于鉛酸電池，有一個更熟悉的叫法是電瓶，" 竊 · 格瓦拉 " 曾以此為生。
如果小夥伴來自農村，可能對鉛酸電池不陌生，除了在電瓶車和汽車上見過，也許小時候家裏手電筒用的也是鉛酸電池。
鉛酸電池也是早期電動汽車的主要動力電池，不過這個早期，最早可以追溯至 19 世紀。在 20 世紀初，鉛酸電池逐漸被内燃機取代。
但是到了 90 年代，環保概念的興起和環保政策的出台，美國刮起了電動車熱潮，初期曾有不少產品用過鉛酸電池，比如福特的 Ranger EV，雪佛蘭的 S-10，通用的 EV1。
其中最具代表性的是通用的 EV1，雖然這款車型擁有先進的風阻設計和電驅系統，一度受到美國人熱捧。
然而鉛酸電池卻成為 EV1 的阿喀琉斯之踵，續航只有 100 公裏，充滿卻要 15 個小時，納智捷看了都得汗顏。
在一篇采訪 EV1 車主的文章中，作者用「Range Anxiety」來形容車主的擔憂，後來這個詞被廣泛用來形成電車車主的顧慮，翻譯過來就是裏程焦慮。
鉛酸電池到锂電池
鉛酸電池的缺點明顯，35Wh/kg 的能量密度低，使用壽命短，污染環境、自放電率高，時間一長，滿電也會變沒電。
汽車啓動得搭線充電的畫面，想必不少小夥伴見過。
為了讓汽車續航更遠，解決裏程焦慮，研究人員找到了性能更好的鎳氫電池。
采用鉛酸電池的通用 EV1 最終只生成了六百多輛，在第二代改用鎳氫電池。
鎳氫電池多是用于混動汽車的動力電池，像豐田普鋭斯、本田因賽特第一代，甚至，在最新款漢蘭達混動，2023 款凱美瑞雙擎上，豐田依然采用的鎳氫電池。
與鉛酸電池比，鎳氫電池能量密度顯著提高，能達到 70Wh/kg。
鎳氫電池也存在自放電率高的缺點，而且電壓低，輸出功率和充電速度都無法滿足需要。
因此，鎳氫電池在汽車低負荷時運轉，在混動汽車的動力組合中起到輔助作用，主要輸出動力的還是燃油發動機。
要想解決電車用户的裏程焦慮，能量密度高、自放電率低、輸出功率高、充電速度快的锂電池才是更好的技術方案。
锂适合電池電極因為它活潑性強，但也是因為锂活潑性強，锂電池安全性不如其他電池。這就好比一把刀，刀越鋒利，砍瓜切菜越容易，但也越危險。
關于锂電池的發展過程，老狐之前在手機電池的文章中已經介紹了，大家感興趣可以去閲讀。
锂電池第一次用在數碼產品是 1991 年，被用在汽車中要到 1998 年，日產生產的 Altra 是世界上第一款采用锂電池且量產的電動汽車，不過它的續航裏程只有 190km。
對電動汽車發展有裏程碑意義的汽車是 2006 年正式亮相的特斯拉 Roadster，這款基于路特斯 Elise，由特斯拉重新設計和開發的車型，通過锂電池供電将續航提升至 390 公裏。
2008 年，比亞迪發布了第一款插電式混動車型 F3DM。
值得一提的是在 F3DM 上使用的是磷酸鐵锂電池，而特斯拉後來在 Model S 上開始使用三元锂電池。
汽車動力電池技術路線如今分為三元锂電池和磷酸鐵锂電池，二者代表性的企業分别是寧德時代和比亞迪。
不過寧德時代并非只生產三元锂電池，比如在續航裏程較短的特斯拉 Model 3 後輪驅動版上面，用的就是寧德時代的磷酸鐵锂電池。
汽車锂電池正極材料
手機電池的文章，介紹了锂電池的負極材料，這裏正好要介紹锂電池的正極材料。汽車锂電池正極材料通常是磷酸鐵锂或三元锂電池，這個三元锂包括鎳钴錳酸锂（NCM）和鎳钴鋁酸锂（NCA）。
關于磷酸鐵锂和三元锂電池的優缺點，網上已經讨論了好幾輪，本篇文章不再細聊。
簡單來説就是磷酸鐵锂安全性更高，充電循環次數高，壽命長，含有鐵、磷等常見元素，成本也更低。
相對的，三元锂在低温下性能表現更好，更重要的是，三元锂電池能量密度更高，能更好地解決電車的裏程焦慮。
普通三元锂（NCM）電池的能量密度在 180-230Wh/kg，而磷酸鐵锂的能量密度通常在 140-160Wh/kg。
三元锂電極還可以通過改變鎳钴錳的摩爾比例來提升電池的能量密度。
普通三元锂（NCM）鎳钴錳的摩爾比例是 1:1:1，被稱為 NCM111。鎳含量影響電池能量密度，钴含量影響電池可逆比容量，也就是循環壽命，錳含量影響結構穩定性。
想要提升電池能量密度，就要提高鎳含量，降低钴含量恰好又能降低材料成本。
研究人員又開發出 NCM424、NCM523、NCM622 和 NCM811，這些電池又被稱為富鎳三元锂電池。
富鎳三元锂電池中 NCM811 目前比較受關注，原因還是能量密度高，而且降低了钴金屬的使用，待到工藝成熟，有望降低電池成本。
比如特斯拉的 4680 電池，就是富鎳電池中的 NCM811，加上硅碳負極，電芯能量密度達到 300Wh/kg。
但其實 NCM811 材料也有明顯的短板，因為提高了鎳含量，钴和錳的含量進一步降低，安全性比不上其他的富鎳電池。
這好比我們玩輸出英雄，10 個裝備欄，8 個用來買進攻裝備，剩餘兩件裝備，一件肉裝、一件回復裝，輸出高但也脆。
為什麼 NCM811 短板明顯還受到關注，因為它的性能接近富鎳材料的極限，而安全性低的問題，可以通過更先進的電池管理系統，也就是俗稱的 BMS，來保證電池安全運行。
沒有人會嫌棄刀太鋒利，只要有更好的劍鞘就行了。
當然了，汽車應該使用哪種方案的電池，還得結合場景，根據實際需要做出選擇，比如對成本控制比較嚴格的低端車，通常用磷酸鐵锂電池，高端車則多用三元锂電池。
電池包結構
除了電芯，提升電車續航的辦法還有對電池包結構進行改造，也就是我們會聽到的寧德時代 CTP、比亞迪 CTB，大家想過沒有，這個到底是什麼意思？
汽車锂電池按照封裝形式，分為圓柱電池、方塊電池和軟包電池，早期汽車電池是多個電芯通過封裝變成一個電池模組，電池模組再封裝成電池包，電池包安裝在電動車底盤。
這樣的電池包結構叫 CTM ( Cell to Module ) 。不過，CTM 結構中每個電池模組都得封裝、固定、再加上散熱空間、電池管理系統，電池的空間利用率比較低，只有 40%。
于是，寧德時代在 2019 年推出了 CTP（Cell To Pack），讓電池包實行 " 扁平化 " 管理，通過減少電池模組，提升空間利用率，比如本來電池包有 12 個電池模組，現在減少到 4 個。
寧德時代最新的 CTP3.0 技術，已經把電池的空間利用率提升至 70%。
到 CTP，在電池本身的空間優化已經很到位了，還想要大幅提升只能在汽車底盤上想辦法主意，就有了 CTC（Cell To C）和 CTB（Cell To Body）。
CTC 就是将電池和底盤集成在一起，用電池上蓋代替駕駛艙地板，進一步節省零部件數量，提高結構效率，将空間利用率提升至 70% 以上。
CTC 技術由特斯拉于 2020 年首次發布。
2022 年，比亞迪發布了 CTB，CTC 與 CTB 技術相似，都是把電池融入車身底部，電池上蓋代替駕駛艙地板，CTB 保留了車身橫梁，車身擁有更好的扭轉剛度。
以上就是 CTM、CTP、CTC 和 CTB 的區别，通過不斷提升電池包空間效率，提高電池容量。
800V 高壓充電
無論是手機還是電車，為了解決續航焦慮或裏程焦慮，方法是相同的，一邊提高電池能量，一邊提升充電功率，于是，800V 就成了許多車企發布會上常見的一個數字。
不過這個 800V 也有不少門道。
嚴格來説，800V 不是一個确切的數值，而是一個範圍，目前行業内是将額定電壓範圍在 550-930V 之間的車型統稱為 800V，所以，有一些電車的額定電壓 550V 也被稱為 800V。
* 圖片來自小鵬社區用户
除此之外，這個 800V 額定電壓也分為覆蓋了整車電氣系統的全網域 800V 平台，只有三電甚至只有動力電池支持 800V 的非全網域 800V 。
全網域 800V 帶來的優勢除了充電速度快，性能更強，還有就是整車發熱量更少。
根據高中物理知識 ：W= （U*U）T/R，整車電氣系統的電阻不變，電壓升高，產生的發熱就更少，電網的高壓直流運輸也是這個原理。
只不過全網域 800V，要對整車電氣系統進行更新，因此造車成本更高。
随着 800V 電壓平台的電車越來越多，形容充電速度的又多了一個名詞——充電倍率。
就在前段時間，傳出寧德時代和比亞迪即将推出充電倍率 6C 動力電池，沒過多久，另一家國產電池廠商億緯锂能就發布 6C 快充大圓柱電池。
充電倍率常用 6C、5C、4C 表示，充電倍率的計算公式如下：
充電倍率 = 充電電流 / 電池額定容量
比如充電電流是 200A，電池容量是 100Ah，充電倍率就是 2C，表示電池半小時内充滿，6C 的話則是 10 分鍾内就可以充滿。
不過 6C 一般是充電功率峰值，實際充滿要高于 10 分鍾。雖然充電倍率 6C 的車還沒有，但 5C 的車已經在今年陸續上市了，比如理想 Mega、極氪 009、極氪 001 四驅版。
要知道去年上市高端機型還是 4C 充電倍率，而明年如果 6C 充電倍率車型上市，充電 5 分鍾，行駛兩小時，将有可能變成現實。
對手機而言，高容量電池、高功率充電确實解決了續航焦慮。在汽車領網域，更大能量的電池、6C 甚至未來 10C 的充電速度會解決大家對電車的裏程焦慮嗎？
參考資料：
TOPSPEED：Nine Early Electric Cars From The 1990s That We Forgot About
RoadTrack：From Lead-Acid To Lithium: A History of the Automotive Battery
锂離子電池三元正極材料的研究進展，鄒邦坤 , 丁楚雄 , 陳春華，中國科學院能量轉換重點實驗室 & 蘇州納米科技協同創新中心
富鎳锂離子電池三元材料 NCM 的研究進展，肖忠良，周乘風，宋劉斌，曹忠，蔣鵬，長沙理工大學化學與食品工程學院
蘿卜報告：各家都在吹的 CTP、CTC、CTB 都是啥？
汽車洋葱圈：都叫 800V，但車企挖的這些 " 坑 " 你得小心！
維基百科、懂車帝
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編輯：木易
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