Nancy 电动车续航一直是一个热议话题，因此小编找到研究院的电池专家，问了他一个问题：将来会不会有续航1000公里、2000公里、5000公里的电动汽车呢？
专家说，1000公里还有可能，但2000、5000公里是不大可能了，因为电池容量被一些不可违抗的物理化学规律给限制住了。
这让小编一惊：
咱们人类历史一直在进步，摩尔定律下的算力18个月就翻一番，而专家却说电池容量上限并不高，这一观点让人很吃惊啊！
如果真的是这样，那究竟是什么限制了电池容量呢？
专家耐心给出了解答：
1. 可逆
下图概括了各种二次电池(Second Battery)的功率密度/能量密度区间，可以看到，最努力的锂离子电池，能量密度也不过200Wh/kg。
当然，这数据老了一点。近日电池龙头CATL表示，它们的三元锂离子电池已经可以做到量产300Wh/kg[2]。
不同电池电芯级别的能量比较拉贡图[1]
实际上，还有一种不可充电的锂电池，就是锂原电池或锂一次电池(Primary Battery)。在比锂二次电池早十年的时候，锂原电池就发明了，商用化的速度也快很多[1]。
化学电源技术发展的历史[1]
一次电池与二次电池的核心区别，就是充放电过程是否要求「可逆」。如果放弃「可逆」的要求，锂电池的能量密度能上升多少呢？
如下图，在考虑了小型化、长储存寿命、低误差率、大范围工作温度的优点下，锂原电池轻松就达到了400-650Wh/kg的高能量密度。
几种锂原电池的各项性能对比表
另外一种铝空气一次电池，也有类似的高能量密度特征：
铝空气电池工作原理及性能
要知道，铝和锂相比，虽然最外层电子多了2个，但原子量比较大，所以在能量密度指标上对比（如果都用来做二次电池或一次电池），还是比锂弱不少的（如下图的红色柱子）。即便如此，
铝空气一次电池的能量密度电池还是比锂二次电池高很多，这也说明了二次电池与一次电池的差距。
能量密度对比 [3]
此外，不可忽视的是，目前锂离子二次电池能达到200-300Wh/kg的高能量密度，
是抓住了消费电子在1995-2010年的崛起、新能源汽车2010-2020年的崛起的两次历史机遇，获得了人类历史上少见的超高强度资本与研发资源投入的前提下被「催熟」的
。
2017年Model 3的21700电池为300Wh/kg，这是催熟之后的结果[4]。
2008年的Roadster电池能量密度55Wh/kg，这才是锂二次电池的「原形」。
国内市场电动车电芯能量密度天梯 [4]
锂原电池的550Wh/kg vs. 锂二次电池的55Wh/kg，「可逆」的要求造成了10倍差距。
10倍的差距很大吗？换个思路，你可能就不会觉得很大了。
设想一下，如果给燃油车装一个充电合成汽油的装置，那得多大，折合成系统能量密度会降低多少？
这有点异想天开。那么咱们现实一些，给氢燃料电池汽车，装一个电解水制氢装置，那得多大，折合成系统能量密度会降低多少？
为了利用人类最便携的能源 —— 电能，就必须要求能量转换系统的「可逆」。
从「可逆」这一点来看，锂电池可能还真是不错的选择，至少比燃油、氢能好多了！
2. 原子结构
众所周知，咱们所在的宇宙共享同一张元素周期表[5]：
元素周期表（各元素在地壳的存在比例）[5]
决定某种元素作为电池能量密度上限的，主要是正负极元素的电动势之差和密度。从下表来看，锂作为正极最好，S、F、Cl作为负极则各有缺点：S需要高温、F与Cl高毒性[1]。所以就需要化学物，这物质效率就下来了。
周期表上方元素的电位与电化学当量，能够依据数值构成多个高理论比能电池体系 [1]
质量损失、反应损失、电压损失结合一下，锂电池的能量密度就跌的没影了。
实际比能量与理论比能量关系示意图 [1]
3. 电芯技术与成组技术
前面这都是微观层面的事情，到了电芯技术与成组技术，就是咱们商业中实打实的技术了。这里就不展开说了，只是讲一下大趋势。
一方面是电芯技术，找到更好的正负极材料啊、改成固态电解质啊各种方法都上，目标就是提高能量密度。下面是一个总体的目标图：
2025年为200-350Wh/kg、2030年为225-400Wh/kg、2035年为250-500Wh/kg。
中国动力电池技术路线图2.0 [1]
第二就是成组技术，比如说宁德时代的CTP到CTC、比亚迪刀片电池，零跑CTC、特斯拉Structure Battery，都是在追求两个趋势：
一是Pack内的成组效率，兼顾安全与效率；二是Pack与车身融为一体。
标准化到无模组化布置的演进史 [1]
参考文献：
[1] 五矿证券. 动力电池深度：从芯出发，回归技术本源、聚焦发展主线。
[2]http://stock.hexun.com/2022-0527/206038104.html
[3] Leisegang T , Meutzner F , Zschornak M , et al. The Aluminum-Ion Battery: A Sustainable and Seminal Concept?[J]. Frontiers in Chemistry,
[4]https://baijiahao.baidu.com/sid=1660952521781073706&wfr=spider&for=pc
[5] Nitta N, Wu F, Lee J T, et al. Li-ion battery materials: present and future[J]. Materials today, 2015, 18(5): 252-264.
