新手入门篇：镍钴锰镍钴铝三元锂电池是什么鬼？

随着电动车的广泛普及，身边有好多朋友一直来问动力电池的相关问题，Shock身为一个冒险家，别的可以不看，但对自己出外冒险装备的可靠性却是最为重视的。今天我就请来了一位我的好朋友，跟大家聊聊动力电池的那些事。大家好，我是动力电池家族的明星成员小锰，也就是镍钴锰三元锂电池（NCM）。我们动力电池家族的历史可以追溯到1837年。当时苏格兰的罗伯特·安德森给四轮马车装上了电池和电动机，将其成功改造为世界上第一辆靠电力驱动的车辆。那为什么电动车出现得这么晚？主要是因为续航、充电时间、安全性等关键问题。而我们家族的成员们，就是为了解决这些问题而诞生的。我们的家族成员都是谁？比较有知名度的是磷酸铁锂电池、钛酸锂电池，还有我和我的兄弟镍钴铝三元锂电池（NCA）。我们由不同的元素组成，所以有着不同的能力和特性。比如磷酸铁锂电池，脾气最好最稳定，但同等体积下储存的电能（能量密度）不够多，进而影响了车辆的续航能力。再来说钛酸锂电池，它能够快速放电并提供大功率的输出，能给大巴和坦克供电。但是它的能量密度比较低，而且原材料与制作成本太高，所以一般的电动车并不舍得用它。最后说我们兄弟俩，我们的脾气也不错、能量密度更高，还能够平衡续航和稳定性，所以就成为了当下消费级电动车动力电池的首选。我到底是种怎样的电池？科学地讲，三元锂电池是以镍钴元素作为正极材料，以锰盐或铝盐来稳定化学架构的一种锂电池。我的优点前面已经说过了，这里主要说下我的脾气。我的脾气虽然还可以，但是如果脑子内部短路或者被撞击、穿刺和烧烤，我也是会生气失控的。所以为了不让我生气，科学家们在金属盐和包装方式的选择等方面下了不少功夫。稳定性的选择：铝还是锰？同样身为三元锂电池，我和我兄弟还是有不同的性格与特征。大哥镍钴铝制作不仅工艺要求高且成本高，但铝可以起到提高电池循环化学稳定性的作用，搭配在三元体系中，镍含量可以得到一定提升，从而实现更高的电池能量密度。但是镍钴铝晶体结构较镍钴锰不稳定，容易在较高温度的情况下，发生崩塌导致热失控，进而引发风险。相比之下，我体内的锰元素虽然较难稳定更多的镍，而导致目前镍钴锰体系能量密度稍低所以续航表现不如镍钴铝，但含锰三元体系热稳定性更佳，同时镍含量比例较少，因此作为动力电池更为安全。包装方式的选择：圆还是方，软还是硬？我身体里的镍钴锰，在达到一定温度时会发生分解，释放氧气，而氧气会加速高温作用下电解液的反应，进而造成风险。所以我需要更为可靠的包装方式。当下最主流的方式有三种：圆柱型、方壳型和软包型。圆柱型：电芯以紧密的卷绕方式包装，内部排列更紧凑，聚集的能量更多。不过因为圆柱型的电池体积小，如果想要提供更多的能量，则需要大量的单体电池来组成电池包，所以电池的一致性很难保证。电池的一致性管理不当会导致多种不好的结果，其中一种就是内阻增高致使电池内部温度失控引发危险。方壳型：能把内部材料卷覆得较为紧密，再加上有铝壳限制不容易膨胀所以相对安全。这种包装方式可在内部配备防爆塞，如果有热失控的情况，会从防爆塞的固定方向释放膨胀空气，不容易影响其它电芯。软包型：在结构上采用铝塑膜包装，因为没有铝壳的空间限制，所以在同样体积的状况下可装入较多能量，反应最直接最彻底。但也因为没有铝壳限制，电池包容易鼓气或变形，会有安全隐患。