改善动力电池性能，可以通过这4种途径

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锂电池的性能发挥是否已经到了极限？能否还有再提升的可能？

这是当前所有电池企业和纯电车企都在思考并且积极去攻克的问题。常用的三元锂电池能量密度200Wh/Kg左右，磷酸铁锂电池能量密度160Wh/Kg左右，综合续航600Km左右，纯电汽车的续航徘徊在这个数值没有实质性的进展已经几年了。

目前锂电池的更新是基于石墨负极、电解液以及金属正极等材料，技术难度较大，进展缓慢。根据电池材料到电池设计，有4个途径提升电池性能。

石墨负极向硅负极转变

锂电池负极材料主要分为碳基材料和非碳基材料。碳基材料包括天然石墨负极、人造石墨负极等；非碳基材料主要分为硅基及复合材料等。

目前，以人造石墨为代表的碳基材料是电池负极的主要使用材料，占据负极材料95%的市场份额，但是现阶段石墨负极材料已经接近其理论比容量极限372mAh/g，需要更高的比容量负极材料。

硅负极材料是将纳米硅与其他材料进行混合，然后经表面处理、烧结、粉碎、筛分、除磁等工序制备而成。目前商业化应用比容量达到450mAh/g，成本较低，不过由于循环寿命较差，主要用于3C数码领域，若要用到新能源汽车领域还需要进一步提升技术。

新型电解质的应用

对于新型电解质，固态电解质引起了业界的极大关注。完全没有液体存在的固态电池几乎不可燃，降低了电池组对温度的敏感性，杜绝了析锂现象产生锂枝晶增加短路风险，凭借良好的绝缘性有效阻隔正负极。

不过实现全固态电池商业化量产的目标还比较长远，当前使用新型添加剂和电解质配方可以改进液体电解液系统。例如在基于磷腈和磷氮化合物的电解质添加剂和溶剂，通过提高热稳定性和改善SEI膜的形成来提升安全性和性能。

从长远来看，固态电池仍然是最终的技术目标，让固态电解质代替当前使用的易燃液体电解液，从而大幅提高安全性。数据显示，到2031年固态电池市场有望增长至80亿美元以上。

优化电池组内部空间

单靠使用新型正极材料和电解质提升能量密度的方法，具有很大的技术局限性。对于电动汽车而言，改善电池组的空间设计，增加电池容量提供了另一关键途径。

电池组的设计从CTP到CTC/CTB逐渐消除外壳等材料，优化成组效率。比亚迪刀片电池通过改变电芯的形状优化电池组空间排列，将容量利用率提高50%；，电池企业宁德时代最新的电池组设计实现72%的容量利用率。

最大限度地优化电池组空间利用率，相当于“曲线救国”提高电池能量密度。这一点在磷酸铁锂电池体现得淋漓尽致，弱化了磷酸铁锂电池正极材料能量密度较低的主要缺点，但是发挥了其成本低的优点，为廉价且续航长的电池提供了新途径。

更加智能的BMS

BMS的优化在正负极和电解质材料既定的情况下，通过软件优化改善电池性能。BMS的三个核心功能是电池监控、充电状态（SOC）估计和高效的热管理。

准确的温度测量对电池组的工作状态非常重要，是电池安全的保障；SOC的准确性和纠错能力是BMS正常运行的基础，没有准确的SOC数据，电池组就无法发挥最大的工作效率，再多的保护功能也是徒劳；高效的热管理确保电池工作于正常的温度区间，在必要的场景下启动过温保护策略，从而保证电池安全有序的工作，避免电池出现热失控的危险失效场景。

写在最后

电池性能的提升和成本的降低当然远不止文中提及的几种途径，尽管有些方法可能最终无法实现量产，但是会为锂电池性能的发挥提供稳定的发展。

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