锂光 动力电池硬核入门

众所周知，随着对环保、能源安全等问题的日益关注，能源转型已经成为目前全球各国的发展焦点。而在能源转型的众多子方向中（如可再生能源使用、各领域的电能替代、智能电网等），电动汽车可以说是其中最重要的发展方向之一，而电池在电动汽车中又是最为关键的部件和技术。在电动汽车领域应用的电池也常常被叫作动力电池，而锂离子电池则是目前电动汽车动力电池领域中核心的最主流技术。本书也将围绕这个话题展开，为读者详细讲解动力电池行业中的入门科普知识，希望可以为还不太了解动力电池行业的读者们构建起一个初步的知识体系。
本书是一本侧重于给学生、非专业人士、初步进入动力电池领域工作的职场入门者用于了解动力电池行业的硬科普书籍。目前市面上存在着众多介绍锂电池或动力电池的书籍，它们大多侧重对电池知识的几方面进行专、精、深的介绍，都或多或少地存在着深度够而广度和通俗性不足的问题：
有的侧重于锂离子电池的材料化学理论研究，而对于工业生产和应用涉及很少；
有的则过于偏向动力电池的实际应用或系统集成设计，少了一些对于材料、化学基础技术的铺垫；
这些书籍中的很多都是几年前出版甚至是年代更早的作品，无法体现出最近几年来全球动力电池行业技术迅速迭代产生的最新成果。
综上所述不难看出，目前动力电池业内的知识介绍书籍，很少有一本书能形成一个比较完整的动力电池知识体系，体现出行业最新的发展成果和技术演化趋势，并且能为最需要建构知识体系、了解行业情况的入门者提供一个行业知识的全貌。
本书的定位则与以上所述的这些书籍不同，填补了动力电池知识体系建构 入门科普这样一个空白。它介绍了动力电池行业全貌、工业界的核心技术及发展方向，从电池的材料开始铺垫基础电化学知识，然后介绍电池的结构设计与生产工艺 ，分析如何把单体电池集成为系统，再在电池的性能与应用、新技术挑战和发展方向方面做介绍，构建了完整的动力电池知识体系，并在最后一部分针对行业新人给出了职场发展初期的主要建议。
本书行文忠实于动力电池行业的严格定义，在术语表达上尽量保证与工业界术语的严谨一致，但是为了照顾广大读者而尽可能地采用相对通俗的语言。总体来说，本书与一般的电池学术书籍相比，知识覆盖面更宽、语言更通俗、受众面更广，期望可以给在校学生、毕业生、行业新人与有兴趣转行进入的朋友一个基本的行业情况认识，帮助读者在最短的时间内建立起对行业的整体理解，以便于更深入学习和了解该行业并更好地在该领域工作。
本书介绍动力电池技术，主要内容包括：电芯单体组成材料，电芯结构设计，电池系统设计，基本物理量介绍，性能与应用场景，技术挑战，新技术介绍，职业发展建议。即先材料后结构（先介绍电芯中的主要材料，再介绍这些材料如何组成电芯，以及如何生产制成），先小再大（从电芯单体到电池模组/系统），先物质后物理再应用（先介绍化学和结构是什么，然后再看它们的性能如何，最后再看如何使用，以及技术挑战是什么），整个技术部分结束后，再在全书最后的章节与读者分享一些很多人关心的本行业职场中如何发展的个人经验和建议。
希望通过阅读本书，各位读者能够建立起动力电池行业的基本知识体系架构，并在职业生涯初步阶段的个人发展方面得到有价值的参考建议，帮助自己更快地入门、成长，获得更好的发展。

编 者
2024年4月

动力电池是电动汽车行业的核心技术，在最近十年中发展十分迅速，吸引了很多人前来学习、了解，以及在此就业。与此同时，很多人群也希望更好地了解该领域，如在校学生、动力电池行业新入职者、需要研究该行业发展的金融业从业者，以及转行进入该行业的朋友们等。对于任何一个行业来说，都需要一些教材为入门者提供全面的科普，但是动力电池行业具有技术发展速度快、涉及知识面广的特点，这也给科普这一任务提出了难题。目前市面上存在着很多关于锂离子电池、动力电池及电动汽车行业的科普书籍，但是总体来说很少有书籍基于工程而非科研视角，为广大入门者提供整个行业知识的入门指南，帮他们整体构建一个完整的动力电池知识体系，形成对行业的整体认识，而不只是专门聚焦于一个或几个研究方向进行特别学术性的深入介绍。本书意图填补如上所述的动力电池知识科普领域的空白，将主要分为以下几部分来介绍动力电池行业，力图为入门者建立一个基础的动力电池知识框架。本书先从电芯的电化学工作机理和材料开始介绍电池技术的基础（第2章），然后介绍软包、方形、圆柱三种典型的电芯封装方式及结构设计上的优劣（第3章），接下来说明如何把电芯集成到电池系统，以及目前主流的提高电池系统集成度的方案（第4章），在第5章会介绍动力电池技术涉及的基本物理量，并说明在不同的应用场景中对这些性能参数的期待是什么，接下来在第6章中会列举几项动力电池技术目前面对的代表性的技术挑战，实际上这也为未来技术发展指明了方向，在第7章中会介绍典型的具有一定竞争力的新型电池技术，并比较它们与目前常用的锂离子电池具有什么样的优势和不足，最后（第8章）则会重点聚焦于职场发展，针对不同情况的人群给出一些职业发展方面的建议。笔者希望基于本书提供的知识体系，可以给各位读者尤其是对动力电池工业界还不太了解的朋友们建立一个认识框架，以帮助各位在未来的学习和工作中更快地上手，在职场中更好地发展。

第1章  动力电池：新能源汽车的心脏 / 1
1.1 绿色能源转型大背景下的新能源汽车发展浪潮 / 1
1.2 动力电池：“贵”“重”“高”“驱”，电动汽车的核心部件 / 5
1.3 典型的动力电池系统/电池包的结构与组成 / 7
1.4 能量存储单元：从模组到电芯单体 / 10
第2章  材料与电化学：电池的基础是化学与材料 / 12
2.1 一次电池与二次电池：一个不能充电，另一个能 / 13
2.2 电池与电芯的概念：系统VS单体，不可混淆 / 14
2.3 电芯的主要组成材料：这个“黑盒子”学问可大了 / 15
2.4 充放电机理：后面所有性能分析的机理基础 / 21
2.5 正极材料：成本与性能占据的大头 / 23
2.6 负极材料：未来提高电芯能量密度的关键方向 / 42
2.7 正极 负极 其他材料的支持=单体电芯 / 46
2.8 总结 / 48
第3章  电芯结构设计与生产工艺：把材料如何做成电池，学问特别大 / 50
3.1 圆柱VS方形VS软包：三种封装方式，三足鼎立 / 50
3.2 电芯单体生产前段：极片制备 / 57
3.3 电芯单体生产中段：电芯组装 / 60
3.4 电芯单体生产后段：化成出货 / 70
3.5 关于电芯生产的一些思考和总结 / 71
第4章  电池系统设计与集成：从电芯集成到电池系统，进一步向应用侧靠拢 / 74
4.1 传统油改电：为什么这么费劲却又常常不得不从这里开始 / 74
4.2 纯电平台车型电池系统：更专业的平台化、模块化设计思路 / 78
4.3 典型方形/软包/圆柱电芯的模组方案：先看看怎么做成模组 / 80
4.4 更高性能要求背景下，电芯与电池结构的发展方向 / 84
4.5 总结 / 97
第5章  性能与应用场景 / 98
5.1 基础物理量 / 98
5.2 实际充放电曲线 / 102
5.3 可用能量 / 105
5.4 串并联 / 108
5.5 六大性能维度 / 109
5.6 四种典型应用领域：48V/HEV、PHEV、EREV、BEV / 115
5.7 总结 / 118
第6章  动力电池技术上的挑战 / 119
6.1 快充：析锂与热管理是重点，安全很重要 / 119
6.2 能量密度：单纯把它提上去倒没那么难，问题是其他指标怎么办 / 129
6.3 膨胀：机械结构件，不关注力学性能怎么用呢 / 132
6.4 热失控与热扩散：这是近年来对电池安全关注的真正重点 / 138
6.5 总结 / 146
第7章  各种先进技术 / 147
7.1 电池的命名规则 / 148
7.2 锂金属电池：并非“最新”技术，却是若干前沿技术方向的重要基础 / 150
7.3 固态电池：定义略玄，期待很高，需要证明自己及做好工业化 / 152
7.4 锂硫电池 / 155
7.5 锂空气电池 / 157
7.6 石墨烯 / 158
7.7 钠离子电池 / 161
7.8 超级电容器 / 163
7.9 其他技术 / 164
第8章  写给新人的一点行业入门分享 / 165
8.1 写给学生：关于专业课程选择、课题组、兼职实习等问题 / 165
8.2 写给教师：工业界需求与学校课程设置间存在脱节，需加强与产业界的交流 / 168
8.3 “菜鸟”初入工业界：感触体会与方向建议 / 170
8.4 “老鸟”想转型进入电池行业：认清自己，寻找机会，适度妥协，坚持学习 / 176
8.5 总结：积跬步以至千里，终身学习受益无穷 / 178
第9章  结语 / 179
致谢 / 182

动力电池是电动汽车行业的核心技术，在最近十年中发展十分迅速，吸引了很多人前来学习、了解，以及在此就业。与此同时，很多人群也希望更好地了解该领域，如在校学生、动力电池行业新入职者、需要研究该行业发展的金融业从业者，以及转行进入该行业的朋友们等。对于任何一个行业来说，都需要一些教材为入门者提供全面的科普，但是动力电池行业具有技术发展速度快、涉及知识面广的特点，这也给科普这一任务提出了难题。目前市面上存在着很多关于锂离子电池、动力电池及电动汽车行业的科普书籍，但是总体来说很少有书籍基于工程而非科研视角，为广大入门者提供整个行业知识的入门指南，帮他们整体构建一个完整的动力电池知识体系，形成对行业的整体认识，而不只是专门聚焦于一个或几个研究方向进行特别学术性的深入介绍。本书意图填补如上所述的动力电池知识科普领域的空白，将主要分为以下几部分来介绍动力电池行业，力图为入门者建立一个基础的动力电池知识框架。本书先从电芯的电化学工作机理和材料开始介绍电池技术的基础（第2章），然后介绍软包、方形、圆柱三种典型的电芯封装方式及结构设计上的优劣（第3章），接下来说明如何把电芯集成到电池系统，以及目前主流的提高电池系统集成度的方案（第4章），在第5章会介绍动力电池技术涉及的基本物理量，并说明在不同的应用场景中对这些性能参数的期待是什么，接下来在第6章中会列举几项动力电池技术目前面对的代表性的技术挑战，实际上这也为未来技术发展指明了方向，在第7章中会介绍典型的具有一定竞争力的新型电池技术，并比较它们与目前常用的锂离子电池具有什么样的优势和不足，最后（第8章）则会重点聚焦于职场发展，针对不同情况的人群给出一些职业发展方面的建议。笔者希望基于本书提供的知识体系，可以给各位读者尤其是对动力电池工业界还不太了解的朋友们建立一个认识框架，以帮助各位在未来的学习和工作中更快地上手，在职场中更好地发展。

刘冠伟于业余时间积极从事电池行业科普工作，以“弗雷刘”为ID在知乎、B站、微信等多个平台上活跃，创作原创文章、视频等共计近百篇，广受好评，在动力电池业内具有一定的知名度和影响力。