近期，長壽命電池成為業內的熱門話題。今年，馬斯克表示特斯拉將在2020年推出一款使用壽命達100萬英里的新電池，隨后通用汽車的執行副總裁道格·帕克斯表示，通用正在研發累計續航里程達100萬英里的電池。而近日寧德時代的董事長曾毓群表示，準備生產一款行駛里程達200萬公里且使用年限為期16年的電池，引起了行業和消費者的高度關注。

有關這次的技術突破，我們將重要聚焦和探討兩個問題：為何動力鋰離子電池壽命到目前突然有了技術突破？目前的技術突破究竟在什么方面？是否真正具有可行性？

長壽命電芯能做成嗎？

車企宣布做長壽命電池，總的來說對行業乃至社會都帶來很高的便利性。從電池原理的角度來看，可能電池公司會做以下幾大方面的處理：

一、正極單晶技術：單晶材料顯著差別于三元二次球材料，具有更高的結構穩定性，更低的比表面積，更少的表面缺陷和更高的真密度等諸多優點。對單晶材料進行摻雜包覆等一定的優化后，使用單晶材料在提高電壓的同時依然可以保證材料的循環性能，可兼顧電芯的能量密度和循環壽命，這是一個基本點。

二、負極表面修飾：開發了“自修復”負極材料，新的負極材料可以自動修復使用過出現的少量SEI膜缺陷。

三、電解液的匹配開發：為了解決日歷壽命的問題，可以努力改善高溫循環性能，在電解液中加入特殊的正極成膜添加劑；優化了電解液的溶劑種類及比例，從而獲得更穩定的固液相界面，更高效的離子傳輸，更寬的溫度響應區間等優異特性；電芯表現出優異的高溫長循環性能和低溫放電、功率性能。

圖1寧德時代法蘭克福車展上的技術講解

從目前現有的信息來看，我們可能能看到電池技術在壽命方向上新分出來一種新的分支，在追求成本和追求能量密度之外追求長壽命電池這種新的品類，目前不確定是否能實現100萬英里還是200萬公里，我們應該能看到電池壽命會比之前10萬英里或者15萬公里有大幅的提高。

長壽命電池為社會帶來減排效應

長壽命電池究竟會帶來什么突破性的變化？長壽命電池假如真的能夠突破了，有關消費者來說肯定有很大的便利性。比如有關大部分車主來說，平常上下班一天都在50公里以內，極端一些的可能在80公里左右，一年下來在1.5萬-2萬公里，從保有8年來考慮，也就是整個第一次使用周期會有12萬到16萬公里的里程積累。按照目前國內主流標準，動力鋰離子電池的保修期為8年15萬公里，假如長壽命電池開發成功的話，可以大大新增電動汽車的殘值（是指在一項資產使用期滿時預計能夠回收到的殘余價值），特別是動力總成對應的殘值。

電動汽車本身是和電網高度依存的，電動汽車每天要從電網上使用電能作為驅動的窄體，而純電動汽車輛與電網的互動，實現高效的雙向傳輸、控制負荷，以及規模車隊的管理是關鍵。電池的壽命瓶頸能夠解決，就可以為電網的優化其可再生能源的利用。電網是有峰谷之分，也就是白天可能是用電高峰，而凌晨可能是用電低谷。電動汽車的大量電池，可以滿足電網削峰平谷的需求，也能有效的降低用電成本，對整個社會效益和環境來說是非常友好的。

從更長遠的角度來看，假如電池能夠長壽命，那么未來大量公用的車輛，電動巴士、出租車和網約車甚至是未來的自動駕駛的車輛，就可以不拘束的使用，能夠為社會創造出更多的減排效益。

圖2電池壽命的感受幾個階段

還有一個重要點：動力鋰離子電池的壽命限制在哪里？從技術的角度來說，我們正常在使用電芯中往往會觀察到三個階段：

第一階段是初始容量的新增：電池的容量是一個重要的參數，其值由正極材料容量、負極材料容量、負極-正極容量比，負極一般會比正極在幾何尺寸上拉長一些。實際上電池公司也會在這個上面把額定容量的數據進行一定幅度的調整，以匹配實際的出廠容量的公差范圍。所以一般都能觀察到初期的容量，是高于額定容量，并持續一段時間。

第二階段是電池的線性容量損失：電池不管是放在那里還是循環使用，電芯內部都會出現老化。如下圖所示，從微觀尺度角度來看，電池的重要材料由正極、負極、電解液和隔膜等材料所組成。為何能量會不停的衰減？實際上電池本事是電化學儲能，容量衰減的機理重要是在內部已經發生了很多不可逆的負反應。

圖3電芯的壽命衰減的機理

容量衰減跟正極、負極、電解液都有關系，從材料還有物理化學的角度分來看：

正極材料，在循環過程中會有不可逆的相變，還有金屬離子溶出；正極材料顆粒破碎，粘結劑分解和正極材料晶體結構改變等因素，會導致一部分正極活性物質失去嵌鋰等能力；負極材料中會有活性物質脫落，粘結劑分解等因素，都會導致部分負極活性物質顆粒失去與導電網絡的導電連接，從而使其無法嵌鋰，造成鋰離子電池容量損失。

經歷了第二個階段后期會迎來電池壽命的終點快速蛻變：這個一般是崩壞的過程，最好這個時候拆解一下電芯，并記錄一下崩壞之前的各項參數特性。這是一個標志點，也是車輛從相對健康到很難使用的轉折點。

實際上，動力鋰離子電池在和電動汽車設計中，容量衰減預測和分析，是非常重要的。工程師們通過考慮不同的影響因子，包括環境溫度、不同使用電池放電深度和使用工況構建數學模型，對整個電池的可用性要做出大量的驗證工作。如下圖所示，實際上電池的衰減也是呈現出一定的離散型，在16萬公里質保期內努力設計成不會快速跳變的狀態。

圖4特斯拉之前的電池所呈現出來的離散型

總的來說，動力鋰離子電池的壽命限制重要還是在電芯材料和電芯設計層面，重要是電池內部副反應的微觀層面的變化日積月累導致了電池的衰減。如今車企和電池公司按照長壽命電芯的設計預期，有關消費者來說是大好事，有關整個產業來說有了更多的可能性。當然這種技術突破是否真正能夠兌現200萬公里和16年，并且成本上只上升10%這樣的豪言壯語，是否帶來其他的性能折中，我們還是持有謹慎態度，對電池的后續開發成果拭目以待。