电动汽车的字母表。您电动车中的电池有何不同，为何不只是锂？
在购买燃油车时，很少有人会考虑用于铸造发动机缸体的金属成分。我们关心的通常是排量、气缸数量以及是否有涡轮增压装置。然而在电动汽车时代，我们不得不面对材料工程方面的问题，而这些是普通驾驶员此前无需考虑的。制造商们正在巧妙运用电池化学技术，力求在成本、续航里程和性能之间找到理想的平衡点。
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这并非存在唯一完美解决方案的情况。不同的电池格式以及阴极或阳极的化学成分，就如同过去在低排放汽油与高功率柴油之间的选择。每种技术都有其应用场景和局限性。如果你对NMC、LFP或LMR这类缩写感到困惑，本文将帮你理清关于究竟是什么驱动着现代电动汽车，以及未来几年将会出现什么的发展脉络。
铅与酸：来自前代的沉重遗产
让我们从一种颇具讽刺意味地仍几乎存在于每一辆现代电动车中的技术说起。酸铅电池是最为古老、应用最广泛的可充电电池类型。它们生产成本低、性能可靠且易于回收。正是这种技术，也曾用于内燃机的启动。
在电动汽车中，12伏电池仍用于为驾驶室照明、电动车窗及多媒体系统等辅助系统供电，但并不适合用作主动力源。这类电池重量较大，且与锂相比能量密度极低。有趣的是，20世纪90年代的第一代通用汽车EV1在工程师们转向使用镍氢电池之前，实际上就是采用这类电池的。如今，铅酸电池在动力系统中的应用已属过时，但作为辅助电池则依然是标准配置。
镍氢电池（NiMH）。混合动力车的理想选择
在锂时代到来之前，介于内燃机汽车与电动化之间的过渡技术是镍氢电池。正是这项技术奠定了丰田混合动力汽车的强大基础。镍氢电池具有极高的耐用性，且能承受极端温度等恶劣环境，因此在日常使用中堪称“极其可靠”。
不过，它们与铅酸电池有着同样的根本缺陷：重量很大，而储存的能量相对较少。在传统混合动力汽车中，电池仅作为小型能量缓冲装置，这一问题并不突出。但在纯电动车型中，镍氢电池已逐渐被锂离子技术取代，后者具有更高的能量密度，并且在深度放电循环中更具可靠性。
锂锰氧（LMO）：充电快，但耗电也快
锂锰氧化物（LMO）电池采用以锰为基础的负极。与镍含量较高的电池相比，这种材料成本更低且热稳定性更好。该电池化学体系的优点在于能够输出大功率并快速吸收电流。
LMO混合物曾为现代电动汽车领域的先驱者提供动力，比如第一代日产Leaf和雪佛兰Volt。遗憾的是，这项技术也存在局限性。这类电池的衰减速度比较新的解决方案更快，且其能量密度不足以实现更长的续航里程。目前，在那些对续航里程要求极高的应用中，纯LMO电池已几乎被淘汰，取而代之的是更先进的混合物电池。
NMC：续航与性能的王者
在中国市场之外，目前占主导地位的技术是NMC电池技术，即镍、锰和钴的合金。正是这种金属混合物决定了我们在欧洲和美国道路上看到的大多数汽车的性能表现。现代、起亚、宝马、大众和丰田等品牌在其纯电动车型中都采用了NMC电池。
该技术的优势在于能量密度高，这使得车辆无需大幅增加重量就能拥有更长的续航里程。此外，其供应链和生产体系也相当完善。缺点则是原材料成本较高（尤其是钴和镍），且热稳定性较差。这类电池需要先进的冷却系统才能安全高效地工作。另外，与某些替代方案相比，其在低温环境下的性能会明显下降。
NCA与NCMA：降低锰含量的方法
NCA（镍钴铝）电池是高镍电池的变体，其特点是用铝替代昂贵的锰。这一改动提升了正极的稳定性，并减缓了电池的衰减速度。特斯拉多年来一直推广这项技术，其在自家车型中使用了松下生产的电池。
另一个有趣的发展是NCMA技术，它在传统配方中加入了铝元素。通用汽车在其大型电动SUV和皮卡上采用了这一方案。NCMA能够保持NCA所具备的高能量密度，但也面临同样的问题：较高的生产成本以及需要对电池包温度进行精确控制。
LFP：大众市场的“铁王”
接下来我们要谈谈近年来彻底颠覆市场的这项技术。锂铁磷酸盐（LFP）电池摒弃了昂贵的镍和存在争议的钴，转而使用随处可得的铁和磷酸盐。其结果如何？这类电池的生产成本更低，安全性更高（更难引发燃烧），而且其充电循环寿命也显著更长。
LFP的缺点是能量密度较低——相同容量下，其电池会比NMC更重、体积更大。制造商通过采用新的封装方法来解决这一问题，比如棱柱形电芯或cell-to-pack技术（直接将电芯安装到包装中，无需模块）。LFP已在中国市场占据主导地位，如今正通过更便宜的流行车型版本进入欧洲和美国市场。对于城市用车及基础款轿车而言，这是个理想的解决方案，因为它们可以接受稍短的续航里程，以换取更低的价格和更高的耐用性。
锰元素的复兴：LMFP与LMR
电池行业正在努力寻找介于廉价LFP和高效NMC之间的最佳方案。答案或许在于重新利用锰元素。
LMFP（锂锰铁磷酸盐）是LFP电池的升级版本。通过添加锰元素，可提升电池电压，从而提高能量密度和续航里程，同时保留铁基技术的成本优势与安全性。中国公司Gotion宣称其LMFP电池可承受1800次以上快速充电循环，并能实现约1000公里的续航里程（按中国标准）。CATL也在以M3P为名称开发这项技术，已将其应用于Luxeed S7等车型。鉴于CATL与特斯拉的合作关系，这种电池化学体系很可能很快就会出现在全球最受欢迎的汽车上。
作为对中国LFP主导地位的西方回应，LMR（富锰锂）应运而生。欧洲和北美缺乏如此完善的铁系电池供应链，因此转而使用锰，因为其获取难度低于镍和钴。LMR电池旨在提供与昂贵的NMC电池相近的续航里程，但其生产成本则可与廉价的LFP相媲美。通用汽车和福特正在积极研发这项技术。通用汽车计划于2028年左右在其全尺寸SUV上应用LMR电池，目标是将续航里程提升至640公里以上。
阳极领域的革命：硅与合成石墨
上述技术主要涉及正极。但电池的另一端——阳极也在发生革命性变化。传统上，阳极是由石墨制成的。不过，工程师们越来越多地尝试使用合成石墨或硅来替代传统材料。
Group14 Technologies和Sionic Energy等公司声称已经掌握了可投入生产的硅负极技术。硅能够显著缩小电池的尺寸，同时不会降低其容量。不过硅的问题在于充电时会膨胀，从而破坏电芯结构，而新的复合材料旨在解决这一难题。如果能够以合理的价格实现大规模应用，电池的续航能力将会迎来飞跃式提升。
锂金属——密度的圣杯？
更为激进的做法是完全摒弃石墨，改用纯金属锂来替代。这种负极更轻，且能储存更多的电荷。从理论上讲，这是我们所知的最佳负极材料。
实际上，金属锂倾向于形成树状结构——即在充电过程中在电池内部生长的尖锐、针状物，它们可能刺穿隔膜，从而导致短路和火灾。Factorial Energy和QuantumScape等初创公司正在努力解决这一问题。这关乎至关重要的利益：一种在相同重量下能提供比现有顶级产品高出数十百分比续航里程的电池。
用钠代替锂。再便宜不过了
当西方制造商致力于提升能量密度时，中国则将钠离子电池推向市场。钠在地球地壳中的含量是锂的千倍，这使得这类电池的成本极低。
它们的能量密度较低，因此不会出现在跑车或长途巡航车上。不过，它们非常适合城市代步车、踏板车以及能量储存装置。有趣的是，钠电池在低温环境下表现优异，这可能在气候较冷的地区成为重要优势。CATL已经为各类车辆及固定式应用生产了此类电池。
固态电池。我们仍在期待的承诺
最后是多年来一直激发人们想象力的技术——固态电池。在传统电池中，离子在液态电解质中移动。用固体（陶瓷、聚合物或硫化物）取代液态电解质有望带来突破：更快的充电速度、更长的续航里程、完全的安全性以及抗恶劣天气的能力。
问题出在大规模生产上。以汽车行业能接受的成本制造出无缺陷的此类电池，至今仍是工程学上的噩梦。因此，首先上市的是采用凝胶电解质的半固态电池。这是一种过渡方案，我们会在汽车上比真正的全固态电池更早见到它。
这不仅仅是化学问题
在看待这场技术竞赛时，有一点必须牢记：化学只是成功的一半。电池的封装方式（圆柱形、袋装式还是棱柱形）以及其与车身的整合方式同样重要。如今，性能竞争是在整个电池组的工程层面展开的，而不仅仅局限于单个电池内部。
电池技术的发展已不再呈线性增长。如今并非只有一条发展路径，而是出现了为不同需求设计的多种解决方案。廉价的城市电动车将采用钠离子或LFP电池，长途SUV则会使用LMR或硅基复合材料电池，而高性能跑车则依赖半固态电解质电池。
那么您最期待哪种技术呢？是更便宜且寿命更长的LFP电池，还是NMC电池所提供的更长续航里程对您而言更为重要？请在评论中告诉我们！