人類花了快200年，總算能更體面地驅動電車了

就在前幾天的“2026裝備強國論壇”上，寧德時代首席科學家吳凱院士拋出了一個重磅前瞻：寧德時代遠期將聚焦“鋰空氣電池”的研發。

這個被稱為下一代電池技術終極方向的體系，理論能量密度上限幾乎是現有鋰電池的 5 到 10 倍，說人話就是這電池要是出來，內燃機基本沒用了。

消息一出來，不少車友群里又熱鬧了，本來在等固態電池上車才換車的那批人，現在又多了一個繼續觀望的理由。

但作為一個長期觀察汽車產業的人，看完這個新聞波瀾不驚。

畢竟從概念發布到一輛你能買到的新能源車，中間隔著基礎研究、工程放大、壽命驗證等好幾道坎，更隔著供應商與主機廠之間漫長的產業博弈。

更何況，這場熱鬧背后其實藏著一個略顯殘酷的物理學事實 —— 人類為了尋找一個足夠完美的“電能容器”，已經在這顆星球上死磕了快兩百年。

今天你在 4S 店里聽銷售熟練地推銷著磷酸鐵鋰、三元鋰、快充功率和電池質保，這些名詞聽著充滿未來感，但“用電驅動車輪”這個行為本身，古老到可能超乎你的想象。

你今天站在展廳里糾結快充功率和充電樁分布，百年前的歐洲貴婦，其實也在糾結換電站離家遠不遠。

比內燃機更悠久的歷史

清道光十一年，也就是1831 年，法拉第發現了電磁感應現象，為電動機驅動機械打下了理論基礎。

而在 1859 年，法國物理學家普朗特發明了鉛酸蓄電池，人類第一次擁有了能重復充放電的電池，這下電動車才真正成為可能。

1881 年，法國發明家特魯夫用鉛酸電池搭配西門子電機，造出了第一輛被公認的載人電動車上路。這輛車比卡爾·本茨那輛內燃機汽車早了整整五年。

所以嚴格來說，電動車不是燃油車的跟隨者，它才是先出發的那一個。

而且在 19世紀（參數丨圖片）末 20 世紀初，電動車活得相當不錯 —— 安靜、不冒廢氣、不用搖手柄啟動，在城里跑短途堪稱優雅。

美國街頭一度隨處可見電動出租車，郵政車也用電，貴婦出門首選電動車。并且因為鉛酸電池太沉，扛回家充不現實，許多大城市也建了不少換電站服務用戶。

你現在耳熟能詳的一些品牌，在這個時期也做過電車，就比如這臺保時捷Lohner-Porsche Mixte，極速可達130km/h。

而在之后的幾十年里，電動車經歷了一段黃金發展時期，銷量和市占穩超電動車。

但隨后，福特 T 型車的大規模量產徹底把汽車價格打了下來，不到700美元的售價比電動車便宜近 1 倍。

與此同時，羅斯福總統以工代賑的大規模基建，讓橫跨洲際公路的長途旅行需求日漸增多，疊加上油價的下跌，鉛酸電池電車節節敗退，后來僅在高爾夫球場等特定場合還有應用。

當然，鉛酸電池并沒有徹底離開汽車，它仍然存在于絕大多數燃油車里，安靜地待在引擎蓋下面，負責一件重要但不顯眼的事：打火啟動。

那最近十年，電動車又是怎么重新殺回主流視野的？

油價是推手，但不是根本。從材料學的角度來說，是人類終于找到了一種能量更高但質量更輕的材料，來替代鉛。

而馴服它，花了人類整整幾十年的時間。

鋰電池的誕生

鋰，位于門捷列夫編寫的元素周期表的第三位的元素，是目前已知的化學性質最活潑的金屬。

切一塊金屬鋰扔進水里，它會在水面嘶叫打轉，放出氫氣，甚至燃燒。

這意味著它天生是一匹能跑得飛快的烈馬，只要你能馴住它。

1克金屬鋰蘊含的能量，大約有3800毫安時 —— 幾乎能充滿一整臺iPhone手機。

儲存同樣一度電，用鋰只需幾公斤，用鉛酸得幾十上百公斤。這是物理定律從一開始就寫好的不平等，不是靠工藝就能彌合的差距。

1970 年代，埃克森的科學家造出了第一塊鋰金屬電池。能量密度驚人，但反復充放電后，鋰會在負極表面長出樹枝狀的枝晶，像針一樣不斷生長，最終刺穿隔膜，導致短路爆炸。

1980 年代，加拿大公司 Moli Energy嘗試把鋰金屬電池量產用在手機上，結果大規模起火召回，公司因此倒閉。鋰的“暴躁”名聲徹底坐實。

真正的轉折，來自日本化學家吉野彰的思路切換。

他想，既然金屬鋰關不住，那我干脆不讓鋰以金屬形態出現。他用碳材料做負極，讓鋰以離子形態嵌入石墨層與層之間。

如果把石墨碳層比作分層規整的貨架，鋰離子便是分門別類收納在夾層中的貨物；而過去的金屬鋰負極，則相當于舍棄貨架，直接把鋰原料裸堆在庫房空地，無約束的金屬鋰充放電時肆意生長凸起，難以管控。

1991年，索尼量產了第一塊商用的鋰離子電池。至此，人類終于第一次找到了把鋰裝進籠子的辦法。

直到現在，這個“籠子”的設計也一直在改進。而現在你車里的動力電池，就是這個籠子的終極形態。

從鹽湖到電芯：烈馬是如何裝進籠子的？

如果我們在工廠里把一塊剛做好的鋰電池電芯拆開，你會發現這個籠子的底層結構精巧得像是一層層堆疊的“微觀三明治”。

首先是兩側的集流體。

正極是一層極薄的鋁箔，負極是一層銅箔，通過電路鏈接，電動機的運轉就靠通過這個電路遷移的電子。

其次是作為電池核心的正負極材料。

負極主流用的是純碳工藝的人造石墨，它在微觀下具有非常完美的層狀結構，層與層之間有大量的納米級空隙。

正極則是鋰的化合物，現在常見的材料主要是磷酸鐵鋰和鎳鈷錳三元鋰。

最后是夾在正負極之間的隔膜與電解質。

其實隔膜就是塑料制品，不僅只有頭發絲直徑的十分之一厚，還因為塑料的特性，有絕緣性，上面的微孔只會允許鋰離子穿過，電子只能被擋在外面，另尋他路。

而由有機碳酸酯和鋰鹽配制而成的電解液，則充當鋰離子穿梭的“潤滑劑”。

當我們認識完畢鋰電池的結構后，和百年前的鉛酸電池一對比，就可以直觀感受到為什么鋰電池放電更厲害了。

傳統的鉛酸電池，是用笨重的鉛板浸泡在具有強腐蝕性的稀硫酸里。

它發電的本質是“溶解與沉淀”的粗放化學反應——每次放電，鉛板就會溶解并生成大塊的硫酸鉛固體。

充電時，再死磕著把這些固體溶解回去。這就好比每次兩軍對壘，都要把城墻拆了當板磚砸，充放電久了，城墻自然塌方，放電能力也會減弱。

而鋰電池，其結構和材料的優越性就在于“不破壞骨架”。

無論是正極的橄欖石晶格，還是負極的石墨層，都可以理解為結構極度穩定的豪華酒店。鋰離子今天退房、明天入住，進進出出，酒店的承重墻和房間結構本身紋絲不動。

這種“嵌入式”的材料設計，讓鋰電池在壽命和能量密度上，直接對鉛酸完成了降維打擊。

不過，要做出這么一個精巧的“籠子”，也得耗費不少功夫。

我們以寧德時代的上游布局為樣本，跟著鋰走一遍從礦石到電芯的完整旅程。

自然界的鋰幾乎都不以單質存在，所以鋰的來源主要有兩條路。

一是硬巖礦石，比如寧德時代部分材料就源于澳大利亞的鋰輝石礦。礦石經過煅燒、酸化、浸出，最終提純為碳酸鋰或氫氧化鋰的白色粉末。

二是鹽湖鹵水，比如南美的阿塔卡馬鹽湖、中國青海的鹽湖，這里的高濃度鹵水被抽上來在蒸發池里濃縮，再通過吸附或膜分離技術把鋰提取出來。

接下來，這些白色粉末進入材料制備環節。

拿磷酸鐵鋰電池來說，鋰鹽與磷酸鐵類原料均勻配料混合，在超高溫下燒結成生成具備橄欖石晶體結構正極粉末，再與黏結劑混合“合漿”，均勻地涂布在鋁箔上。

而另一邊，經過純化的人造石墨也被涂布在銅箔上。

而三元鋰電池，則是需要和來自印尼等地的鎳、鈷、錳元素，按照一定的配比燒成粉末，形成正極材料。

最后，電芯工廠根據需要，將正負極極片或是如同卷壽司卷繞成圓柱或方形鋁殼電芯，或是類似疊書本分層疊壓做成軟包或方形鋁殼電芯，再灌注有機電解液、密封封裝。

至此，鋰這匹烈馬就這樣被依靠化學與精密工藝構筑的納米級“籠子”正式馴服。

鋰電池的工作原理：如何讓烈馬跑起來？

籠子是搭好了，但把一匹烈馬關起來只是第一步。

真正讓它干活，得讓它跑起來，而且是沿著你設計的路線，規規矩矩地來回跑。

而鋰離子之所以能夠規矩地來回跑，還跟它身上自帶的東西有關 —— 電勢能。

電勢能這個概念不難理解，規律和重力流水一模一樣。

滿電的負極如同高處水庫，放電就像開閘放水，順勢釋放能量做功；充電好比水泵抽水登山，耗費電能，把代表 “水” 的鋰離子重新運回負極高位儲藏。

充滿電時，鋰離子被收納在負極石墨夾層中，負極電位高、正極電位低。

接通外電路，鋰離子穿過隔膜向正極移動，電子沿外電路形成電流，帶動電機運轉，這就是放電。

充電是反向過程，外接電源施壓，強行把鋰離子從正極抽回負極石墨空隙里，把電能轉化成電勢能儲存起來。

再拓展一點，快充就相當于水泵馬力全開。

抽得太猛，鋰離子來不及鉆進石墨層深處，就會在負極表面以金屬形態沉積出來——“析鋰”。析出的鋰會長成針狀枝晶，刺穿隔膜就是短路熱失控。

所以電池管理系統的核心任務之一，就是管好水流的溫度和速度。

電池衰減，就是這套抽水蓄能系統用得久了，水庫某些角落永久淤塞，能存的水越來越少，續航也跟著往下掉。

磷酸鐵鋰 vs 三元鋰：到底怎么選

說了那么多，那咱們回到生活中，我相信你在選新能源車時大概率經歷過這種時刻。

銷售說這車是磷酸鐵鋰、那車是三元鋰，一個更安全，一個續航長。

但你翻開配置表，有些磷酸鐵鋰的車續航也不短，和三元鋰版本差不了多少。

這就怪了，磷酸鐵鋰天生能量密度低，續航是怎么追上來的？

其實答案分兩層：第一層看材料，第二層看封裝。

先說材料。

磷酸鐵鋰是橄欖石結構，像一排密密麻麻的固定貨架。

每個貨架有預留卡位，鋰離子對號入座，進出只能走一維通道。

好處是貨架極其堅固 —— 熱分解溫度270℃以上，不容易起火，循環壽命長，充放幾千次還能打。

缺點是通道窄，鋰離子搬進搬出慢，同等重量存的總電量不如三元鋰。

三元鋰是層狀結構，像一排開放式書架，沒有固定卡位，鋰離子在層與層之間二維進出，通道寬敞，速度更快。

但書架不如固定貨架穩，熱分解溫度在180到220℃區間，鎳含量越高能量越大，穩定性挑戰也越大。

到這里，天賦差距很清楚：三元鋰天生能裝更多電，磷酸鐵鋰天生更穩。

但問題回到開頭 —— 磷酸鐵鋰續航憑什么追上來？答案之一就在封裝上。

電芯材料的“天賦”只決定上限，電池包的能量密度更看“手藝”。

比如現在的CTP（Cell to Pack）技術，能直接把電芯集成為電池包，省掉模組拼接時這個中間層級的重量和空間。

寧德時代的神行電池以及比亞迪的刀片電池就屬于這一類的。

還有CTB（Cell to Body）技術，底盤一體化設計讓電池包本身變成車身結構件，進一步壓縮體積。

比如小米的SU7、YU7，特斯拉的Model 3、Y，比亞迪的海豚等等。

總之通過把封裝和結構優化做到極致，許多磷酸鐵鋰電池包，比如寧德時代的神行電池，能量密度也能逼近三元鋰的水平，實際續航已經能滿足大部分車型的日常使用。

并且第三代神行超充電池已經能實現 6 分 27 秒從10%充至98%，已經能達到等效10C，峰值15C的充電功率。可以說是在安全的前提下解決了新能源車上充電效率的問題。

但如果追求極致的長續航、動力爆發以及整車輕量化，同等條件下用磷酸鐵鋰電池就太重了，這時還是需要能量密度更高的三元鋰電池上場，就比如寧德時代的麒麟電池，你能叫出來的高性能電車基本都在用。寧德時代

寧德時代前陣子也正好推出了第三代麒麟電池，在減重的同時還做到了1000km的超長續航。

當然，目前還有許多觀望的消費者是既想要日常代步和長途出行的穩定，又想要強勁的動力，但市面上就是沒有滿足其需求的電池。

對此，寧德時代正在打造驍遙雙核電池，把兩種電芯整合進同一電池包，讓不同電芯發揮自身優勢，完美匹配多元用車場景。

而且這電池包里的兩種電芯都是可以根據需求搭配的，命名邏輯也很直觀。

“鐵”是磷酸鐵鋰，“三元”就是三元鋰，“鈉”是鈉離子電池。

幾種組合各有各的優勢 ——“三元+鐵鋰”，主區三元負責爆發、增程區鐵鋰兜底安全和持久充放。

而“鈉 + 鐵”雙核則把鈉離子電池放進主區，-40℃容量保持率超90%，專治北方冬季續航腰斬。

關于雙核里面的“鈉”，咱這里不得不為了北方的朋友們多提一句了，因為我覺得這是解決北方朋友們買新能源車痛點的最后一塊拼圖。

鈉和鋰屬于同族金屬元素，化學性質相似，但鈉溫和得多，比鋰更好提取，成本低、低溫表現好，用鈉做的電池冬季續航折扣小。

而隨著鈉離子電池的量產并在儲能和商用車領域的應用后，越來越多乘用車品牌提供鈉離子電池的選擇。

之前還對新能源車顧慮的北方老鐵們，最近也都可以考慮一下了。

不過，鈉離子電池的有個缺點，就是鈉離子比鋰離子大一圈，往石墨層里塞更費勁，所以能量密度暫時追不上鋰。

不過這就是個低溫環境和續航效率的平衡問題了，相信隨著材料和封裝的進步，這個難點也會被逐步解決。

不過對于大多數消費者來說，如果你有精力看到這里，那下次銷售再提這些電池名詞，你已經有了專業知識武裝的底氣。

你只需要知道一件事：你今天站在展廳里糾結的每一個問題——安全、續航、充電、耐用，160年前那些坐進第一輛電動車里的人，同樣在糾結。

只不過他們當時能選的，只有一塊死沉的鉛酸電池。

而你面前能選的，是人類用了近兩百年，從元素周期表里挑出鋰、用納米技術給它搭貨架、用工程優化把能量密度一公里一公里往上推之后，交到你手里的最新答案。

侃車說：

一百多年前，鉛酸電池跑不完一座城。今天，一塊電池快跑完一個省。

未來，鋰空氣或許能跑完一趟沒有里程焦慮的長途。

到那時候，人們也許還是會站在汽車展廳里猶豫。

你所開的每一輛電動車，都不是只一件工業品。

它是物理學家、化學家、工程師和礦工們，用兩百年時間接力書寫的一封回信。

收信人是不想被困在路上的你，落款是那個從鉛酸時代就許下的承諾。

Ref：

A general introduction to lithium-ion batteries: From the first concept to the top six commercials and beyond

Comprehensive review of lithium-ion battery materials and development challenges

SMM 2023-2027年中國鋰電新能源產業鏈報告