用了二十多年電池還能用嗎(用了二十多年電池不耐用)

【太平洋汽車網(wǎng)技術(shù)頻道】《電池研究院》是一個致力于探討汽車動力電池技術(shù)的科普專欄。有讀者表示，在閱讀我的文章時，他們對電池技術(shù)的一些基礎(chǔ)知識不了解，網(wǎng)上搜索也不準確。因此，這次筆者就從電池的分類和命名方法入手，簡單介紹一下電池領(lǐng)域的一批基本項（以后還會有很多批次）。

劃重點：本文后續(xù)會持續(xù)更新。

原電池的分類（不可充電）

原電池和不可充電電池具有相同的含義。我們平時接觸最多的是堿性電池。事實上，它的作用數(shù)不勝數(shù)，比如強大到足以持續(xù)數(shù)十年的原子能電池。

我們就選幾種電池來談?wù)劙?。第一選擇，我們通常使用堿性電池，二氧化錳-鋅配方，能量密度高，一節(jié)堿性電池可充電是鎳氫的三倍，價格便宜，內(nèi)阻低，不含汞，可扔回收時遠離?！捌渌睕]問題，不是危險廢物。

另外，南孚的“聚能環(huán)”只是一塊絕緣塑料片，與能量密度、能量無關(guān)。

原子能電池始于1913年，同年福特推出了裝配線車型。它于20世紀50年代和20世紀60年代投入實際使用。它在太空中非常有用。它被用在阿波羅12號至17號上，還配備了好奇號火星探測器。

原子能電池的全稱是放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機（TRG，放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機），它利用放射性同位素衰變過程中產(chǎn)生的熱量來發(fā)電。由于不是連鎖反應(yīng)，所以不會爆炸，但還是有放射性，所以鋼鐵俠的健康狀況不會太好。

沒關(guān)系。外太空到處都有各種輻射。多一個也沒關(guān)系。

青蛙電池雖然殘酷，但確實是電池領(lǐng)域的啟蒙之作之一。實驗的領(lǐng)導(dǎo)者是著名的伽伐尼同志。這家伙的研究成果被抄襲后，一怒之下轉(zhuǎn)向電學(xué)研究，最后發(fā)現(xiàn)人工電和生物電是同一個東西，并相信“電是儲存在青蛙腿里的”。

加爾瓦尼和沃爾特為青蛙腿上是否有電而爭吵。最終的測試結(jié)果有利于伽伐尼（其實每個電池相當(dāng)于一個小電池），而不服氣的伏打同志則發(fā)明了更大的原電池——伏打電池。

水銀電池是我們經(jīng)常使用的一次電池。它們通常以“紐扣電池”的形式制成，非常薄、小、容量低、自放電率低，并且有毒。最近整理房間的時候，發(fā)現(xiàn)了一臺高考用的卡西歐電腦。紐扣電池還有電。那時已經(jīng)十多歲了。

下面的剖面圖解釋了紐扣電池的結(jié)構(gòu)。黃色部分是鋅或鉻正極，藍色部分是氧化汞負極。

此外，另一大項是鋰電池。該類別也屬于二次電池，是21世紀最有前途的電池類別。

二次電池的分類（可充電）

在汽車領(lǐng)域，二次電池是最重要的話題。畢竟，沒有人愿意購買一次性汽車電源系統(tǒng).

在二次電池領(lǐng)域，全球研發(fā)機構(gòu)已經(jīng)進行了數(shù)十億次的測試。索尼的鋰離子電池在投放市場之前，他們嘗試了1億次配方。因此，二次電池是一個非常復(fù)雜的領(lǐng)域，技術(shù)路線絕非下表所列。不過考慮到科普文章的長度不能超過8000字，作者決定下次對技術(shù)路線進行細分。進行拆卸。

2015年，鋁離子電池領(lǐng)域爆發(fā)出一則新聞。斯坦福大學(xué)和湖南大學(xué)的多位教授在《自然》上發(fā)表了關(guān)于創(chuàng)新鋁離子電池的研究報告，聲稱鋁離子電池具有一小時充電的潛力。（過充），耗電3-4天（高容量）。

顯然，這只是一個實驗原型（盡管它確實很有吸引力，而且反應(yīng)機理清晰可行），距離成品還很遙遠。五年過去了，還沒有后續(xù)，暫時別想了。

液流電池是一個有趣的東西。筆者與同事@xiepeng在6年前合寫了一篇長文，講述一位創(chuàng)下記錄、打造液流電池純電動汽車的霸道總裁：

事實上，從技術(shù)實現(xiàn)的可能性來看，NANOFlowcell確實不是一個PPT造車/龐氏騙局。我個人認為最大的問題是小公司不可能完成配套的基礎(chǔ)設(shè)施（液流電池更換站和物流（l鏈），最終只能做一些demo，吸引像豐田、大眾、通用汽車.

液流電池通過液流電池模塊中正負極電解液的相互作用產(chǎn)生電力。其原理與氫燃料電池動力系統(tǒng)類似，只不過用電解質(zhì)代替氫氣和氧氣。

20世紀50年代以來，汽車電氣設(shè)備開始增多，12V取代了6V。12V鉛酸電池一直沿用至今，統(tǒng)治時期已有60多年。

鉛酸電池的結(jié)構(gòu)非常簡單，就是在鉛負極和二氧化鉛正極之間分隔稀硫酸。單體容量約為60Ah，也就是0.72kWh的能量。安裝5V降壓線后，可記錄行車數(shù)據(jù)，儀器可保存十天以上的停車記錄。

玻璃電池是固態(tài)電池的一種，固態(tài)電池是鋰電池的一種。2017年，鋰電池領(lǐng)域最大的大師約翰·班尼斯特·古迪納夫推出了一種固態(tài)電池，采用玻璃電解質(zhì)和堿金屬陽極（由鋰、鈉或鉀組成）。Goodenough博士早在1976年就開始了固態(tài)化學(xué)的研究。

鋰離子電池（LithiumionBattery）這個名稱是索尼公司在20世紀90年代為了方便宣傳而杜撰的。其實有點一般。應(yīng)以起主要作用的正極/負極/電解質(zhì)命名，如磷酸。鋰鐵電池以LiFePO4為最大貢獻者。

鋰離子電池需要進一步細分大量的技術(shù)路線，這需要幾篇萬字的文章。稍后我們會單獨寫一篇文章。

關(guān)于大家常用的鎳氫電池，筆者之前寫過一篇長文，供參考。目前，鎳氫電池擁有非常成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，但98%以上的大型鎳氫電池（動力電池）產(chǎn)能被豐田松下合資企業(yè)壟斷。

小型鎳氫電池（5號）是我們平時使用最常用的。遙控器、夜燈、四驅(qū)車、錄音筆、無數(shù)的電器都使用5號鎳氫電池（5號有多大，下面會詳細講），循環(huán)壽命超過1,000次也使其比原電池更經(jīng)濟。

固態(tài)電池具有許多優(yōu)點，例如能量密度高、能夠使用金屬鋰負極、更高的安全性能、柔性薄膜、循環(huán)壽命長、能夠制造更大的單體電池以及低自放電率。缺點是價格太高、導(dǎo)電率太低等。

更詳細的信息，可以點擊下面的鏈接查看我的長篇科普文章：

電池尺寸分類規(guī)則

我們通常會遇到許多不同尺寸的電池型號。下面的表格和解釋可以幫助我們更好地了解電池尺寸分類。

1

圓柱電池（鋰離子二次電池）

在汽車領(lǐng)域，圓柱型鋰離子二次電池是最常見的角色。它最早是由2012年的特斯拉ModelS開始的，它實際上可以馴服7000多個18650圓柱電池，并采用自主研發(fā)的電子控制。如此乖巧。

鋰離子二次電池充滿電時(SOC100)的電壓為4.2V，標(biāo)稱電壓為3.7V，完全放電時(SOC0)的電壓為3.0V。其中，磷酸鐵鋰電池只能提供3.2V的標(biāo)稱電壓。

這里使用的14500圓柱電池遠高于1.2V/1.5V電壓平臺鎳氫/堿性AA電池。鈷酸鋰標(biāo)稱電壓為3.7V，磷酸鐵鋰標(biāo)稱電壓為3.2V。

最有名的就是18650，因為當(dāng)時有成熟的產(chǎn)業(yè)鏈（是同類型的筆記本電池），所以特斯拉可以在很短的時間內(nèi)打造出高性能的電動汽車。

這種工業(yè)化解決方案可以比喻為“基于固定子彈設(shè)計槍械”或“基于GAU-8復(fù)仇者七管機炮制造A-10攻擊機”。

后來，特斯拉采用了21700電池，以減少電池組的電芯總數(shù)并簡化電子控制。去年年底的特斯拉電池日上，馬斯克公布了巨型46800無極電池，預(yù)計單體容量將達到20000mAh甚至更高。

未來，圓柱型鋰離子二次電池仍將是動力電池領(lǐng)域的支柱。

2

圓柱電池（1.2V/1.5V等）

圓柱電池除了18650命名格式中的分類方法外，還有縮寫型號，就是我們通?？吹降腁A和AAA。

這是一種比較流行的分類方法，在電壓平臺為1.2V/1.5V的圓柱電池中應(yīng)用比較廣泛。

上述型號中，我們見到最多的是AAA（7號）電池和AA（5號）電池。

如果使用傳統(tǒng)的AA鎳氫電池組裝一輛48kWh的純電動汽車，需要多少個電芯？

假設(shè)單節(jié)電芯為2000mAh/1.2V/27g，那么單節(jié)電芯的能量為2.4Wh，需要20000節(jié)AA鎳氫電池。除去任何模塊結(jié)構(gòu)件、電控和冷卻系統(tǒng)，電芯總重量為540kg。這也是鎳氫電池不適合純電動汽車的原因。

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方形電池

這里概括的方形電池并不是目前動力電池組中的大型方形鋰離子電池（3.7V電壓），而是采用1.2V/1.5V電壓電池組件的方形電池模組。這是目前市場上比較成熟的系統(tǒng)，大家都用過。

如果看完表格還是不明白作者在說什么，可以看下圖。這是一款由六顆1.5V圓柱電池組件組成的9V定向電池。

除了垂直的形式外，我們還可以找到水平的形式。

您可能想知道為什么表中的電池容量有的幾萬mAh，而有的只有幾百mAh。

事實上，分組后，只有2000mAh以下的方形電池?；旧?.2V/1.5V單節(jié)電池都是直接串聯(lián)的。4.5V堿性電池是高容量的特例。畢竟，單個尺寸的堿性電池（一次）體容量非常高。

對于容量超過10000mAh的方型電池，有串并聯(lián)兩種方案，串聯(lián)升壓，并聯(lián)增容，最后采用AA（5號）電池組組成6V大方型電池電池模塊容量為52,000mAh，如上圖所示。

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紐扣電池

紐扣電池是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷碾姵仡愋椭弧Ｗ畛Ｓ玫氖?V電壓CR系列鋰錳電池（鋰二氧化錳）和1.5V電壓LR/SR系列堿錳鋅電池。此外，還有LIR、ML、VL系列可充電鋰電池。

以下模型是按照國際電工委員會（IEC）的標(biāo)準編寫的：

關(guān)于紐扣電池，我們只說最常用的兩種型號。一種是CR2025，另一種是CR2032。它們具有相同的直徑但不同的厚度。有時當(dāng)我找不到CR2032時，我會使用帶1mm焊盤的CR2025。電壓相同，但容量稍小。

另外，紐扣電池的堿性電池型號有很多，表中就不一一列舉了。

電池命名規(guī)則

目前國際上主要有兩大電池規(guī)范組織，一是國際電工委員會（IEC）的標(biāo)準，二是美國國家標(biāo)準協(xié)會（ANSI）的標(biāo)準。本文僅討論IEC標(biāo)準。

IEC于1906年在法國成立，負責(zé)制定各種電氣產(chǎn)品的標(biāo)準。IEC有許多分支機構(gòu)。其中，1933年成立的TC21部門負責(zé)二次電池標(biāo)準，1948年成立的TC35部門負責(zé)一次電池標(biāo)準。

目前的電池命名法（電池命名系統(tǒng)）于1992年引入。

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電化學(xué)系統(tǒng)命名

第一個字母標(biāo)識了控制電池性能的主要元件，也相當(dāng)于標(biāo)記了標(biāo)稱電壓。

其中M和N已被撤回，因為這些電池含有汞，不環(huán)保。

2

電池外形尺寸命名

形狀命名約定要簡單得多。

比如LR44紐扣電池，我們可以知道L代表堿性配方，R代表圓柱構(gòu)型，但它極其扁平，就成了紐扣電池。

還有一些長期使用的特定電池名稱。例如，R6電池實際上是AA（5號）電池，直徑為14.5mm，高度為50.5mm。

另外，圓柱形電池的直徑和高度不一定是整數(shù)。命名時不能使用舍入規(guī)則，而是根據(jù)下表中的最大大小進行標(biāo)準化命名：

基于尺寸校準的命名還有一些不常見的細節(jié)。本節(jié)將在收集到更詳細的信息后進行更新。

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問：石墨烯電池存在嗎？

事實上，“石墨烯電池”的概念本身就是不正確的。

該電池將以對其性能貢獻最重要的材料命名。例如，下表中的電池命名與其金屬含量一一對應(yīng)：

另外，由于正極材料目前是電池性能的主要決定因素，因此大多數(shù)電池都是以正極來命名的。石墨烯電池的反應(yīng)機理基本上是PPT狀態(tài)。全天充電8分鐘可跑1000公里的，成本降低80%。新聞，一笑而過。

結(jié)論

本文中的表格信息會持續(xù)更新，作者會單獨寫一篇長文來詳細描述一些主流技術(shù)路線的細分路線。