鋰電池在生活中的應用突然擴大了，主要源于智能手機、穿戴設備、電動自行車和新能源汽車的廣泛使用，這些年來關于如何使用電池的小貼士，鋰電池爆炸等新聞不斷，但其中經常包含很多誤導性信息。這篇文章中我們從鋰電池的簡單應用到復雜應用一一說起。

　　衡量電池性能好壞，有以下幾個重要指標：

　　一、充放電倍率

　　最高越好。“C”是形容電池充放電電流大小的專用符號。1C放電就代表1小時內把電池從滿電放到空的電流大小。iPhone 6電池容量為1810mAH，那么這顆電池的1C放電電流就是1.81安培；比亞迪e6電動汽車中使用的每顆電池容量是200AH，則這個電池1C放電電流就是200安培。一個電池如果用高倍率放電，通常放出的能量比低倍率少。

　不同放電倍率下放出的電量

　　從上圖測試結果可知這顆動力電池使用10C放電放出的能量只有1C放電下的85%，使用20C放電放出的能量只有1C放電下的70%。

　　二、充放電循環次數

　　最多越好。500次是鋰電池的常見值，根據不同材料制作的鋰電池充放電次數從300-3000次不等。這個值的具體含義每個工廠可能略有不同，大致可以理解為：按廠商規定的充放電倍率（比如1C放電，0.3C充電；每次從0%充放到100%，照此循環）下，500次循環后，電池容量還剩最初的80%。充放電次數和使用習慣的關系太大了，我們舉幾個例子。

　　1、充放電強度對循環次數的影響

　　工廠標注：每次從0%充放到100%，1C放，0.3C充，500次后容量衰減到80%，這是最嚴苛的測試循環，也可以不這么嚴格，看下面

　　如果每次電量的循環都在25%-75%，1C放，0.3C充，2000次后容量衰減到80%

　　如果每次電量的循環都在50%-100%，1C放，0.3充，1800次后容量衰減到80%

　　2、淺充淺放對壽命的影響

　　工廠標注：每次從0%充放到100%，1C放，0.3C充，500次后容量衰減到80%，是最嚴苛的測試循環，也可以不這么嚴格，看下面

　　每次電量的循環都在25%-75%，1C放，0.3C充，2000次后容量衰減到80%

　　每次電量的循環都在50%-100%，1C放，0.3充，1800次后容量衰減到80%

　　以上兩個例子可看出充放電的倍率越小、越有利于壽命提升；淺充淺放也有利于壽命提升。

　　三、內阻

　　越小越好，這個參數隨負載輕重、溫度等因素隨時變化，隨著電池壽命減少，內阻也在逐漸增大。內阻越小的電池越可以高倍率充放電，18650的普通電池內阻在50mΩ左右，動力型的18650電池在15mΩ左右。想知道內阻多大需要用專用的設備測量，普通萬用表不行。

　　測量電池內阻的工具

　　四、電池一致性

　　采用相同材料、相同工藝生產的電池在容量、內阻、充放電曲線上的一致性越高越好。電池能否大規模組成電池組這一點非常關鍵，電池組規模越大對一致性要求越高。

　　下面幾頁我們將按應用的難易程度：

　　1、手機、平板、穿戴設備中的鋰電池

　　2、筆記本電腦和移動電源中的鋰電池

　　3、電動自行車中的鋰電池

　　4、電動汽車中的鋰電池

　　分別介紹一些知識，這樣分頁是按電池規模從小到大排序的。

　　手機、平板、穿戴設備中的鋰電池

　　為什么說這個領域是最簡單的呢？因為這些設備里只有一塊鋰電池，而且基本都是三元鋰電池。三元的意思是三種元素：鎳、鈷、錳、這種鋰電池的正極材料Li（NiCoMn）O2，不是完全一樣的，會根據使用要求對三種元素的配比做調整。

　　一、充放電倍率

　　在數碼設備中使用的電池通常對此項要求很低。你很難一個小時內把滿電的手機用到自動關機吧？也沒人會設計一個續航只有1小時的數碼設備。至少都可以續航3小時，所以電池的放電倍率達到0.3C左右就能滿足需求，充電要求往往也很低，通常3-4小時充滿的數碼設備大家都能接受，所以充電上對電池提出的要求也是0.3C左右。

　　不論國產還是松下、三星之類的進口鋰電池，1C放電是最起碼的規格，數碼設備對電池放電的要求都遠低于電池行業的普遍標準。充電倍率上和電池行業目前能做到的基礎指標大致相當，如果沒有極特殊設計一般也不用擔心。

OPPO的電池閃充特性，對充電提出了較高要求

　　最近手機行業出現了特例，以OPPO為代表提出了快充的特性，實際上對電池廠商提出了特殊需求。以OPPO最新的N3來說，VOOC閃充承諾30分鐘充滿75%的電量，這算下來就是3C的充電電流，是普通手機電池充電倍率的10倍，N3賣3999元也貴的有道理，起碼這個電池就會比一般電池貴一、二倍。

　　二、充放電循環次數

　　數碼設備中，手機算是使用強度最高的產品，我們按一天一充計算，循環次數是500次就是500天壽命，這樣算對嗎？其實是脫離了使用條件，所以是錯的。500次的循環指的是1C放電，0.3C充電下連續循環500次，電池容量還剩最初的80%。但我們平時使用手機放電倍率遠小于1C，往往是0.01C-0.5C之間。所以循環次數通常可以700次后還有80%電量剩余，這已經2年時間了，手機也快過時了。蘋果在這方面設計的很精明，它有意不使用大電量的電池，不但可以獲得輕薄的優勢，還因為2年后你必然要換下一代iPhone了，干嘛非要多花成本在電池上呢？至于有一些人一年就明顯感覺續航少了，也是確有原因的，之后分析。

　　隨時保持100%電量并不好

　　其他數碼設備，比如平板電腦，電池充放周期就更久了，但有時也會發現不到2年續航就明顯下降了，這個原因也是有解釋的，看完整篇文章你就會知道。

　　三、電池內阻

　　沒有特別解釋的。

　　四、電池一致性

　　沒有特別解釋的。

　　筆記本電腦和移動電源中的鋰電池

　　筆記本電池規格常見的4芯、6芯，8芯什么意思？這指的是18650電芯數量，以8芯為例，有2種組合方式，一種是2串4并，一種是4串2并，具體采用哪一種要根據筆記本廠商電壓變換電路的設計，和電池倉形狀。

　　4芯筆記本電池

　　這種說法也可以形容移動電源，市售正經品牌的移動電源10400mAh容量的產品就是由4節2600mAh的18650電芯并聯而成。由于三星SDK為了搶占中國市場，對大訂單采取低價，甚至賠本賣1美元/顆，所以很多大牌子移動電源廠商很喜歡用這種既便宜質量又好的電芯，也因為單顆容量為2600，所以移動電源的容量經常是2600mAh的倍數：5200mAh，7800mAh，10400mAh。

　　一、充放電倍率

　　新的筆記本電池少有1小時就放光電的情況，所以放電倍率1C對他們來說已經足夠，充電的要求也不高，比如筆記本電池在3-4小時內充滿大家都可以接受。而對移動電源來說對電池充放電倍率的要求就更低了，幾乎是所有數碼設備中最低的。

小米10400移動電源內部結構

　　以目前市場中10400mAh（3.7V）的移動電源來說，最大輸出電流為2A（5V），也就是用最大電流也需要3.7個小時才能放光電，放電倍率只要滿足0.3C都夠用。充電方面，通常的規格是10400mAh配備一個1.0A的輸入口。這樣充電的倍率只有0.13C。這就是為什么移動電源劣質產品特別多的原因：哪怕是正規廠商也可以購買電池市場中性能最低檔（注意，性能低和質量差并不完全等同，但還是高度相關的）的產品用在移動電源中，而且還可以滿足使用規格的需求。

　　二、充放電循環次數

　　筆記本和移動電源使用頻率相較于手機大幅降低，手機最多三天充一次，但是移動電源和筆記本平均下來往往一周都不一定能完成一次充放電，這樣算下來，只要保證50次充放電壽命就能撐一年。對于成熟的鋰電池來說最差最差也能提供300次的循環壽命，這個次數對使用筆記本和移動電源的人來說都夠正常使用6年的了。

　　而我們往往用不到這么久就更新換代了，所以尤其是移動電源這個行業，實際使用中的輕負載和低頻率的充放電次數，讓我們很難察覺到產品質量的好壞。一些無良的廠商就會用最差的電芯，甚至把拆機電芯用在移動電源上。拆機電芯可能從前用在其他設備中，已經循環了400次，按壽命看還有100次就要淘汰了，而100次也足夠讓移動電源撐上兩年時間，所以廢物利用買來裝移動電源里面，根本不會有人發現。

　　相對移動電源來說，筆記本中的原配的電池電芯都來自國際大廠。但我們也經常發現周圍有人的筆記本買來不到2年電池續航就大幅下降了，這是什么原因呢？

　　還記得上一頁說到平板電腦使用周期不頻繁，但有的也會出現1-2年，電池續航就大幅下降吧？其實他們都是由同一個原因引起的：電池保存不當。

　　如果你經常沒事就把電池充滿，或者充電線一直插在設備上，那就隨時維持最高電量，電池容量就會快速減少。這個原因涉及到鋰電池的結構。

　　鋰電池內部簡圖

　　鋰電池的正極是由含有鋰離子的金屬氧化物組成，負極一般是石墨構成的晶格，充電時鋰離子向石墨一端移動，最終鉆入由石墨構成的穩定的晶格中，蓄勢待發。可以容納鋰離子的晶格越多，可以移動的鋰離子越多，電池容量越大。長期滿電存放主要影響的是可以移動的鋰離子數量，因為滿電后電池達到4.2V電壓，維持的高電壓讓電解液和電池的正負極均發生一些反應，而這些反應在3.0V-3.7V的狀態下雖然也在發生，但是非常微弱。這種反應在電極上生成了鈍化膜，電壓越高膜越厚，膜越厚可以移動的到負極鉆入石墨晶格的鋰離子數量越少。于是宏觀上的表現就是電池容量衰減。

　　負極石墨組成的“小房子”，供鋰離子鉆入鉆出

　　什么算“長期”呢？在我看來7天就已經足夠造成惡劣影響了。有多惡劣？這里有個例子，玩兒航模的人有2塊規格一樣的全新三元材料鋰電池A和B，6月份買來同時存放，A剩余電量30%存放，B充滿100%存放，3個月后測試電池容量，A容量為最初的98%，B容量為最初的60%。沒錯，影響就是如此惡劣，所以你的筆記本電池經常長期維持高電壓，一年后續航大幅下降也就不要稀奇了。手機是最不容易遇到長期滿電存放的設備，因為即便充滿了，也一直在使用，不到幾個小時電壓就降下來了。但手機偶爾也會遇到這個問題，比如充滿電后關機了，這時沒有任何耗電，電池就一直維持高壓，也許一周后你打開盒子一看，電池已經鼓包了。

　　正確的做法是充30%-40%的電量，然后長期保存。

　　三、電池內阻

　　沒有特別解釋的。

　　四、電池一致性

　　木桶效應說的是一個木桶能盛多少水取決于圍城木頭中最短的那個木片的高度，放在鋰電池組上來形容一致性再好不過了。電池一致性表現不好對并聯組數比較多的電池影響更大。

　筆記本的6芯電池示意圖

　　假設圖中6芯電池中第三顆18650因為某種原因容量下降的比較快，很快容量就只剩下75%了，他們6個是并聯在一起的，那么放電過程中第三顆電池會最早達到放電終止電壓，于是不論另外5顆電池還有沒有電量，電池組放電都會停止。充電時也是一樣。結果另外5顆電池沒有任何問題，也都跟著有問題的18650同步充放電，這組電池從外部看就是嚴重容量衰減的。實際上里面只有一顆有問題。這就是電池一致性的重要性的體現。

　　電動自行車中的鋰電池

　　綠源、新日等品牌從2010年開始進入每個家庭，但那時絕大多數電動車用的都是鉛酸電池。從2012年后開始出現了采用鋰電池的電動自行車，常見的規格是電壓36V-48V，容量8Ah-12Ah。帶腳蹬子的那種電動自行車如果使用48V12Ah的鋰電池，純電續航達50公里。

　　一、充放電倍率

　　驅動自行車對充電方面沒有特別要求，常見的充電倍率是0.1C-0.3C之間，電池廠輕松達標，但放電倍率上稍高，至少要滿足1C，這對電池廠來說壓力也不大。但是目前還有一種電動摩托車，采用踏板摩托車外形，時速甚至可以超過100km/h，這種車對電池的要求一下提高到2C-3C，所以如果你是自己組裝這種高性能電動車，選購電池時要計算好。

　　鋰電池在箭頭處

　　廠商配的電池往往不用操心，自己配的電池一般有3種類型：磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池，動力三元電池。他們最高的放電倍率分別是：2C，1.5C，10C。你也可以通過增大電池組的容量來提升1C放電對應的電流。

　　二、充放電循環次數

　　磷酸鐵鋰電池壽命約2000次，三元鋰電池約800次，動力三元鋰電約800次。但是由于電動自行車中往往不是單體電池，木桶效應導致成組后第一次出現容量上的故障，時間上會提前，大約是單體壽命周期的1/4到1/2。

　　當然，這也和使用習慣相關。剛剛說過的一切規律在這里都適用，因為我們這里涉及到另一種正極材料：磷酸鐵鋰了，所以要單說一下。

　改裝電摩中使用的磷酸鐵鋰電池組

　　磷酸鐵鋰的能量密度比三元鋰電低40%，同樣能量的電池磷酸鐵鋰體積大，分量沉，優勢在于循環次數多，好保養。比如還是剛剛所說的條件，三元鋰電滿電存放3個月，電池容量衰減到初始的60%，但磷酸鐵鋰面對這樣嚴酷的存放條件還可以保持90%，雖然也損失了，但遠沒有三元鋰電那么嚴重。

　　這個原因和磷酸鐵鋰絕大部分能量（85%以上）都集中在3.2V電壓上有關，雖然這種電池充電的截止電壓有3.6V，但從3.6V到3.2V的區間內存儲能量還不到總能量的1%，即便充滿后，放置幾分鐘電壓也會回落到3.2V。所以磷酸鐵鋰自動維持低的電壓應力。不容易形成鈍化膜。 

　　三、電池內阻

　　沒有特別解釋的。

　　四、電池一致性

　　一致性問題更加重要，目前電動自行車采用的單體電池大致有2類：

　　1、小單體電池，也就是18650電池，容量2.2Ah-2.6Ah，每組電池單體數量200個-500個。

　　采用小單體組成電池組，要組120V100Ah電池組

　　2、大單體電池，容量一般為20Ah-40Ah之間，每組電池單體數量15個-30個。

　　我們以72V40Ah的電池組為例，如果采用小單體電池，就需要20串19并的方式，共380顆18650電池。每20顆首尾相接為一條，19條電池組在任何時候充放電都要求電壓差在0.02V以內，聽上去要求很高，但實際上卻不像想象中的難，因為18650電池的工藝已經非常成熟，同批次電池的一致性相當的好。

　大單體磷酸鐵鋰電池，各種規格

　　如果采用20Ah大單體電池，就需要20串2并的方式，共40顆大單體電池，只要這40顆工作起來同步就沒問題了，總得來說大單體電池成組后在一致性上出現問題的幾率更小。不利因素也有，如果是磷酸鐵鋰的大單體電池，一致性會比三元鋰電差很多，所以電池組都需要再添加一個自動均衡的電路，在每次充電的末尾判斷哪一顆電池需要單獨多充一會兒電，來解決磷酸鐵鋰一致性不佳的弱點。

　　一致性問題在這里已經上升到很重要的地位，但還沒有到極致。

　　電動汽車中的鋰電池

　　電動汽車中的鋰電池是最復雜的應用，因為電池面臨大功率充放、大容量存放、高頻率使用、長時間行駛等需求，所用的電池均是正規大廠高規格產品，電動汽車里淘汰出來的廢舊電芯往往給電動自行車裝上，都仍有用武之地（當然，這屬于奸商行為），通常的做法是淘汰給儲能電站用來儲存風能、太陽能。

　　一、充放電倍率

　　根據不同車，差別很大，大家熟知的比亞迪秦用了152顆單體容量為26Ah的磷酸鐵鋰電池，放電電壓曲線積分得到總能量10.5KWh，秦的電動機最大功率是110KW，秦的電池就要求10C的放電倍率。比亞迪的另一個純電動車e6的電池擁有目前乘用車最大的電池容量：63KWh，所以要實現較大功率并不需要電池放電倍率很高，e6電池的放電倍率是1.5C。純電動汽車電池容量最大的公交車，比如比亞迪的13.8米長的電動大巴車K9，電池容量324KWh，由于電池容量巨大，對于180KW的功率來說電池放電倍率只需要0.5C即可。

比亞迪K9電動大巴賣到以色列

　　還有一些非插電式混動汽車，電池容量僅有1.5KWh，但電動機的最高功率達到30KW，則這些汽車中用到的電池放電倍率可能有20C，這相比移動電源的應用場景0.2C來說大了100多倍。

　　凱美瑞混動版，就需要用動力電池，放電倍率較高

　　純電動汽車大都設置了快充和慢充兩種充電方式，快充最慢2小時充滿，這樣充電倍率就是0.5C。還有更夸張的，比如特斯拉的老板馬斯克就希望下一代特斯拉充電時間可以縮減到10分鐘，這樣的話充電倍率至少要6C了。

　　二、充放電循環次數

　　新能源汽車的設計時，電池壽命要長于整車壽命。所以電池壽命至少保證車輛正常行駛30萬公里，這一點絕大部分已經發布的純電、混動車都沒有問題。以比亞迪e6來說，純電續航300公里，電池容量63KWh，按2000次循環壽命算，就是60萬公里（實際是略少于60萬公里的，想想為什么？）這遠遠超過一般車主對總里程的需求。

比亞迪e6出租車司機

　總里程超過50萬公里的e6

　　實際測試中比亞迪從2010開始在深圳運營850輛e6出租車，到現在為止已經有幾十輛車的總里程超過50萬公里，我7月份曾經去深圳專門探查e6純電動出租車的情況，看他們是不是一組電池從出廠一直用到現在的，有幸遇到了一位總里程50萬公里的司機，他以名譽保證，不但沒換過電池，續航也沒有明顯下降，巧合的是汽車之家曾經測試過這位司機車的續航，市區+高速+全程空調的情況下跑到沒電共260公里續航。

比亞迪純電動汽車 e6

　　目前出現的新能源車，尤其是純電動汽車，除了比亞迪領先全行業5-7年外，其他自有品牌車企發布的產品都是4年前接到中央發展新能源的通知進而研發出的，均是燃油車架子扔掉發動機和油箱，塞進電動機和電池改裝而來。特點是工況下續航在150-180公里（一定會到150公里的，因為達到150公里國家和地方補助都上一個臺階哦！），而這些車實際續航夏天往往在120-150公里，冬天100-120公里。對于這些血統不純的純電動車來說電池循環次數是否夠呢？

　　磷酸鐵鋰電池

　　這要分具體情況，如果是采用磷酸鐵鋰電池，那么120公里乘以2000次，也有24萬公里續航，此外由于使用中你并不是每次都油門到底，并且每次都是從100%放電到0%再充滿，所以循環次數超2000也是很正常，這也保證了這些車的電池至少可以比整車壽命長。

　　但另一類采用了三元鋰電池的純電動汽車就有點懸了，由于中國目前新能源車雖然有用三元鋰電做電池的，但是沒有人購買，長時間使用后的統計就更無從談起。但國外是有先例的，而且是個很著名的例子，日產LEAF（聆風）是世界上銷量最大的純電動車，從2011年上市到現在已經賣出13萬輛，銷量大并不意味著質量好，主要是因為便宜，歐美上市以來一直是純電動汽車中價格最低的，美元售價合人民幣18萬。

NEC 改性錳酸鋰 三元材料35Ah電池，晨風汽車用

　　而這款車經歷了3年的使用期后電池續航里程下降明顯的問題集中爆發。這款車采用了NEC的改性錳酸鋰電池（也屬于三元鋰電池這一大類，只是正極材料配比和摻雜略作調整），軟包單體35Ah。雖然日產不一定承認這個問題，但淘寶店銷售的拆機鋰電池可以說明問題，在電動車聯盟的電池商家列表中，不論商家在深圳、廣州、武漢、長沙、北京、大連，他們全都有同一種拆機電芯：NEC改性錳酸鋰35Ah軟包大三元。其中一些單體成色很新，極耳都沒有剪切焊接的痕跡。他們實際都來自日產聆風電動汽車，本身出問題的車數量多，工廠售后再把控不嚴，于是拆機電芯大量流出，被商家屯出來賣給DIY電摩的人用。

　　聆風出現這樣的問題根源就在于它采用的電池循環次數比磷酸鐵鋰少很多，應該在800次左右，如果你感興趣可以百度中搜一搜“聆風電池老化過快”，或者在google上搜索“nissan leaf battery capacity loss”，都會看到這個問題。日產還為此建立調查組，后續提供了更換電池的服務，整套電池組更換的價格為5500美元。

　　不幸的是這款車只換了一個名字就來到中國變成了東風的純電動汽車“啟辰-晨風”了，借新名字每輛車拿到了國家和地方補助九萬五千塊，這款車目前國內售價26.78萬-28.18萬。

　　日產聆風（LEAF）或 東風 晨風

　　包含晨風在內，所有工況測試續航200公里以下的純電動汽車都不值得購買，他們誕生之初的使命原本是向上級交差，借此拿到后續擴產燃油車的資格。2010年時一汽、北汽等車企沒有想到新能源在2014年已經成為不可逆轉的汽車戰略發展方向，不是對付出幾個拼改的純電動車送去申報新能源車國家目錄就萬事大吉的。他們就算有計劃重新研發一款專門為電動車設計的車型也要等四年后才會上市，而他們真的有這個研發實力么？我個人更傾向于幾年后這些車企依然靠引進合資品牌的型號來銷售別人研發的純電動汽車，操作手法可以參考聆風變晨風。

　　比亞迪 秦

　　所有車企中只有比亞迪例外，比亞迪從2003年收購秦川汽車前就憋足了勁要做電動汽車，不但電機、電控、電池的研發生產自己動手，而且連正負極材料的源頭：礦山，都去爭奪控制權，世界第二大鋰輝石礦49%的股份持有者是比亞迪董事長王傳福的表弟。除此之外還有多家礦山的股份。不夸張講，不論是純電動汽車還是插電式混動汽車，比亞迪產品的水準至少領先國內其他車企5-7年，就算拿到世界范圍，如果僅討論新能源車，那電機、電控、電池這三個最重要的部件比亞迪也是數一數二的水準。

　　對比亞迪來說新能源汽車是關乎企業存亡的產品，對其他車企來說新能源汽車是關乎補貼多少的問題。。

　　三、電池內阻

　　沒有特別解釋的。

　　四、電池一致性

　　由于很多車企采用了磷酸鐵鋰電池，這種電池的單體容量可以達到200Ah，所以別看汽車電池容量巨大，單體數目還不算太多。但也有例外，那就是特斯拉，Model S另辟蹊徑，采用松下18650NCA電池，一共7623節，單節容量3.1Ah，2011年特斯拉總共買了2億顆這樣的電池，也就是僅夠生產Model S高配版兩萬六千輛。

　　如果因為某一節電池導致剩下7622節正常的電池無法順利利用全部的3.1Ah容量，那這輛車的動力系統就太失敗了，這里我們看到了鋰電池在一致性上的最極致的應用。為了保證一致性，除了向松下提出非常嚴格的要求外，特斯拉還為電池做了一套價格不菲的電池管理系統，這套系統不但可以監控每節電池的電壓和電流，實現合理的充放電，還可以保證他們的溫度一致。電池充放電曲線是否一致和電池溫度有很大關系，特斯拉底盤鋪滿了電池，不同位置的電池溫度差異很大，所以為了保證充放電曲線一致，首先要保證7623節電池的溫度一致，這靠一套雙向流動的液冷系統實現，液體為50%的水和50%的乙二醇。

　　據行業專業人士分析，特斯拉的電池管理系統即便全部在中國生產，成本也在6000-8000美元，這相比電動自行車電池組上100-200塊錢帶自動均衡功能的充放電保護板要復雜多了，畢竟要控制的電芯數量從四百上升到七千。