电动汽车？带你“锂”解她的内心

好了，大家看出来这是什么了吗？

——是的，这是美国特斯拉公司在2015年发布的第三款车型——Tesla Model X。该车对于大众最大的印象大约是它独特的开门方式吧……但是不要忘了特斯拉几代汽车最根本的特点，也是让它的诞生成为在汽车发展历史上一个标志性事件的那个特点。想到了吗？

——没错，那就是特斯拉的根本动力来源——锂离子电池。

（嗯……我不是在说它的发动机，虽然它也是特斯拉系列的重要核心技术之一，今天我们主要讲我们所在做的东西……）

电动汽车最近几年在我国还是非常火的，具体为什么……相信大家说的都比小编我深刻……咱们只是找个典型代表特斯拉说说事。（其实我国有很多公司，比如比亚迪、北汽、江淮等等，都做出来了很多优秀的电动汽车车型）

说到特斯拉呢，有个人就不得不提了……是的就是下面这个人，特斯拉公司的投资人。

埃隆·马斯克（Elon Musk）1971年6月28日出生于南非，到2011年6月的40年里，他成功地设计并卖出一款视频游戏（在他12岁时）；获得两个学士学位；参与设计并卖出网络时代第一个内容发布平台；担任美国最大的私人太阳能供应商Solar City的董事长；参与创立和投资PayPal，世界最大的网络支付平台；参与设计能把飞行器送上空间站的新型火箭，价格全世界最低，研发时间全世界最短；投资创立生产世界上第一辆能在3秒内从0加速到60英里的电动跑车的公司，并成功量产（说的是特斯拉第一代产品Roadster）。

哦对了，前段时间2016年3月，Tesla Model 3的发布会刚举行，2016年4月9日凌晨，他的SpaceX公司成功完成人类历史上首次在海上实现火箭回收——这是个很厉害的人物，被称为现实版的钢铁侠——所以这个故事告诉我们不要以貌取人（哈哈开个玩笑）。

回到正题，今天咱们就聊聊锂离子电池。

上来就讲原理不太好，会让小编我很紧张。那么我们还从特斯拉汽车讲起……

据说有个外国的土豪买了一辆特斯拉Model S 85（Model X的前代）……然后拆掉了……发现有将近900公斤重的电池组（基本上快到整个汽车的一半的重量了），85 kWh，400V直流输出，一共7104颗18650电池（好多数字记的好累）

还有说到18650电池呢，是指直径18mm高度65mm的圆柱形电池，是制作工艺最为成熟的锂离子电池型号之一，而且很常见哦~

让我们看看都哪里可以看到这种电池：

笔记本电脑电池、充电宝、电动自行车电池、航模车模电池等很多电池用的都是这种电池。

特斯拉的电池组就是……这样一群电池组成的……怎么说着说着就越感觉特斯拉是个放大版的电动汽车玩具……

啊，又有小伙伴不淡定了：你骗人！我拆过充电宝，里面是个片状的电池，不是圆柱形的！

嗯……淡定淡定，我只能说这和厂商对产品设计有关，从工作基理上讲圆柱形和其他形状的锂离子电池没有本质区别。

又有人要追问了：那锂离子电池工作原理是啥？

很好，我已经想讲这个东西好久，正担心你不问呢~ok, listen up！

所有的电池都有正负极，锂离子电池也不例外，至于具体结构呢有点像三明治。简单点说（注意看图）从上往下依次是正极集流体（铝箔）、正极活性物质、隔膜（在图里面没有标注，在正中间）、负极活性物质、负极集流体（铜箔）。同时在这之间要添加电解液，电解液的作用后面会说到。

铜箔和铝箔的选择呢，是经过实验发现铜在低电位不会发生合金化（铝在低电位会和锂合金化）而且导电性良好，铝价格便宜、轻、导电性好、而且高电位不会被氧化（再说下去就有点深了，简单点说就是不影响电池正常工作……）。

锂离子电池嘛，根本上依靠的是锂离子在正负极之间的来回迁移实现工作的。电池的正负极材料都是可以储存锂离子的（有点像两个公寓楼，锂离子可以住在里面，而且可以来回搬家……说到要搬家，电解液的作用就是锂离子搬家时候要走的路…）。在充电的时候，锂离子从正极脱出进入负极中（电子在外电路从正极进入负极，打比方说电子是锂离子的老婆，两个人分道搬家，最后在新家团聚）。

而在放电时（说直接点就是我们要用锂离子电池的电），锂离子从负极脱出经过电解液进入正极，电子从外电路从负极返回正极（锂离子又和他老婆团聚了）。

所以说……下图中绿色的是正极材料，灰色的是负极材料，紫红色的点是锂离子，e-是电子。我刚才说了好久了喝口水，你们看图…

电池领域称锂离子二次电池为“摇椅电池”……不过小编比较偏向于叫它“来回搬家电池”，哈哈！这里思考一个问题，如果锂离子跑的太快会怎么样？会不会卡在门口进不了家门？大楼结构会不会不结实？那和之前我们有文章建议慢充慢放浅充浅放有什么关系呢？

有比较严肃的小伙伴要问了：小编你不要逗逼，正极是什么材料，负极是什么材料！

欣赏你的求知精神！这个正好是小编的研究方向，给我足够的食物和水，我可以给你讲三天三夜。嗯……不过这里不适合，我在文章最末会推荐一些好东西哦~

简单提一下吧，只是简单介绍一下…

正极材料主要有钴酸锂（1990年索尼公司最早商业化锂离子电池时使用的，老有历史了，容量高性能好，但是原材料贵电池价格高）、三元镍钴锰锂（比钴酸锂便宜很多，容量更高性能也很不错，但安全问题需要注意）、三元镍钴铝锂（特斯拉用的就是这个）、磷酸铁锂（安全性很好，容量相对前面这些要低一截，和三元差不多贵）、锰酸锂（容量比较低，但是安全性较好而且最便宜无污染，是一种很有潜力的材料。我们研究所有团队就做了很多相关工作）。

负极主要用的是石墨和钛酸锂（后者比较贵，但是寿命长、安全性好）……如果你是个科技粉，应该还听说过一种负极材料吧——是的，是硅负极。理论容量是石墨的10倍还多…另外你知道什么是“氧硅铝铁”吗…（我们所有个团队正在硅负极的产业化进程中…嗯…还是刚才那个研究组）

好了，是时候进入我们所的实验室看看啦~

这是我们所锂离子研究组做出的一些成果，各种电池。

嗯……车模是买的，装饰用……

有同学就说了，你们天天都做这么大的电池吗，好厉害！是不是你们自己的电动车的电池都是自己做的？

……不是的……在早期研究中我们用的更多的是扣式电池.

什么是扣式电池呢？

嗯……这就是扣式电池，典型的三明治结构~将三明治叠好之后要把它压好让其内部电接触良好且密封，用的是专门的压机哦~感兴趣的同学可以去文章末的视频中看整个扣式电池的安装过程~

整个组装过程是在手套箱中，保护性氩气气氛下进行的，为什么呢？

首先为了保证测试结果的可靠性，涂有电极材料的极片不要放置在空气中，以免吸水变质（我们还经常使用金属锂作为对电极，空气中的氧气会让其表面生成氧化膜，那样就不能正常工作了）。其次就是有机电解液是不能见空气的，一旦吸水会变质，而且会产生氟化氢气体，那是一种会腐蚀人体的气体哦……所以，遇到破损的电池请尽快处理掉……还有不要啃电池……说你呢这位小朋友！

左边的呢就是手套箱，嗯……很多科幻电影里面应该也有这东西。右面呢是我们实验室的实拍，是用来测试电池的，功能呢有点像你用的充电器，但是可以精确控制电压电流以及充放电方式…像这样的测试装置我们有好几面墙…在实验室的大多数时间是各种设计材料……制备材料……做电池测电池……分析数据……重新设计电池……日复一日年复一年……然后终于找到一些性能好一些的材料……