用了二十多年電池，你真的知道它們姓啥名啥嗎？

紐扣電池的成分是什麼

《電池研究院》是一個專門針對汽車動力電池技術展開討論的科普類專欄，有讀者們說閱讀我的文章期間，有些電池技術基礎知識不太瞭解，網上查的也不準。因此，筆者這次先從電池分類方式和命名方式入手，為大家簡單描述一批電池領域的基礎條目（以後還有很多批）。

劃重點重點：本文今後會持續更新。

一次電池（不可充電）的分類

一次電池（Primary cells）和不可充電電池（non-rechargeable batteries）是同一個意思，平時我們接觸最多的是鹼性電池，其實還有數不清的角色，比如強大到續航數十年的原子能電池。

下面我們挑幾種電池來聊聊。首選，我們平時用最多的是鹼性電池，二氧化錳-鋅配方，能量密度高，一節鹼效能頂鎳氫充三次，價格便宜，內阻低，不含汞，垃圾分類回收的時候扔“其他垃圾”就行了，不是有害垃圾。

此外，南孚“聚能環”就是一個絕緣塑膠片，跟能量密度和能量一毛線關係都沒有。

原子能電池始於1913，跟福特搞流水線模式同年，在20世紀五六十年代實用化，上太空很好使，阿波羅12號到17號都使用過，好奇號火星車也有裝備。

原子能電池全名叫Radioisotope Thermoelectric Generator（TRG，放射性同位素熱電發生器），利用放射性同位素在衰變過程中產生的熱來發電。由於不是鏈式反應，所以不會炸，但放射性還是有的，所以鋼鐵俠身體不會太好。

沒所謂了，外太空哪哪都是各類輻射，多一個沒所謂。

青蛙電池雖然很殘忍，但的確是電池領域的啟蒙之作（之一），試驗的主導者是大名鼎鼎的伽伐尼同志。這哥們的研究成果被人抄襲了之後憤而轉向電的研究，最終發現人工電和生物電都是一回事，並認為“青蛙腿裡面儲藏了電”。

伽伐尼和伏打因為青蛙腿裡面究竟有沒電吵得不可開交，最終試驗結果傾向於伽伐尼（其實每個細胞都相當於一個小電池），而不服氣的伏打同志則發明了更加偉大的原電池——伏打電池。

汞電池是我們經常用得到的一次電池，一般都會製作成“紐扣電池”形式，很薄、很小、容量低、自放電率低、有毒。筆者最近收拾房間的時候還找到一臺高考用時的卡西歐計算機，紐扣電池居然還有電，這都十幾年了。

下面剖面圖解讀了紐扣電池的構造，黃色部分是鋅或者鉻正極，藍色部分是氧化汞負極。

此外還有一個大項就是鋰電池，在二次電池總也有這個分類，是21世紀最有前景的電池分類。

二次電池（可充電）的分類

在汽車領域，二次電池才是最重要的話題，畢竟沒人想買一次性的汽車動力系統……

二次電池領域，全球研發機構進行過數十億次試驗，索尼鋰離子電池推出市場之前，試過的配方就達一億種。因此，二次電池是一個非常非常複雜的領域，技術路線絕不止下表描述的這些，但考慮到科普型文章的篇幅最好不好超過8000字，筆者決定下次再對細分的技術路線進行拆解。

2015年，鋁離子電池領域突發一個新聞，斯坦福大學和湖南大學的幾位教授在《自然》上發表了一篇創新性鋁離子電池的研究報告，聲稱鋁離子電池有潛力做到充電1小時（超充）、用電3-4天（高容量）。

很明顯，這只是一個實驗性質的雛形（雖然真的非常有吸引力，反應機理也很清晰可行），距離成品還有一個跟斗雲的距離。5年過去了，沒後續，暫時別想了。

液流電池是個有趣的東西。其實，從技術實現的可能性來看，NANO Flowcell真的不算PPT造車/龐氏騙局，個人認為最大的問題是一個小公司根本不可能完成配套基建設施（液流電池換液站和物流l鏈）的建設，到頂了只能造一些Demo出來然後拉豐田大眾通用這類巨頭下水……

液流電池透過正負極電解液在液流電池模組的互動來發電，與氫燃料電池動力系統的原理差不多，只不過氫氣氧氣換成了電解液。

上世紀50年代以來，汽車用電裝置開始增加，12V取代了6V，12V鉛酸電池一直沿用至今，統治期超過60年。

鉛酸電池的結構很簡單，就是鉛負極和二氧化鉛正極之間隔著稀釋之後的硫酸，單體容量有60Ah左右，也即是0。72kWh的能量，裝上5V降壓線之後可以給行車記錄儀做十幾天的駐車記錄。

玻璃電池是固態電池中的一種，固態電池是鋰電池中的一種。2017年，約翰·班尼斯特·古迪納夫（John Bannister Goodenough），鋰電池領域最大的大神推出了一款固態電池，使用玻璃電解質和鹼金屬陽極（由鋰、鈉或鉀組成）。古迪納夫博士早在1976年開始了固體化學的研究。

鋰離子電池（Lithium-ion battery）的名稱是索尼在上世紀90年代為了方便推廣起的，其實有點以偏概全，應該用發揮主要作用的正極/負極/電解液命名才對，比如叫磷酸鐵鋰電池就代表LiFePO4是最大功臣。

鋰離子電池需要進一步細分成極多的技術路線，需要數篇萬字長文，我們之後再另闢文章單聊。

關於大家用得比較多的鎳氫電池，筆者之前寫過一篇長文可供參考。目前鎳氫電池有一條非常成熟的產業鏈，但98%以上的大型鎳氫電池（動力電池）產能都被豐田松下合資公司壟斷了。

小型鎳氫電池（5號）是我們平時最常用的，遙控器、夜燈、四驅車、錄音筆，數不盡的用電器都在用5號規格的鎳氫電池（5號有多大，下文會詳細說），1000次以上的迴圈壽命也讓它的經濟性超過了一次電池。

固態電池的優勢有很多比如能量密度高、可使用金屬鋰負極、安全效能更高、可薄膜柔性化、迴圈壽命長、可以做更大的單體電芯、自放電率很低等，缺點就是太貴了、電導率過低等。

電池尺寸分類規則

平時我們會遇到很多不同尺寸的電池型號，下面的表格和解釋能幫助我們更好地讀懂電池尺寸分類。

1、圓柱電池（鋰離子二次電池）

在汽車領域，圓柱型鋰離子二次電池是最常見的角色，一開始是由特斯拉Model S在2012年帶起來的風潮，居然可以用自研電控把7000多節18650圓柱電池馴服得如此乖巧。

鋰離子二次電池完全充電（SOC 100%）的電壓為4。2V，標稱電壓3。7V，完全放電（SOC 0%）的電壓為3。0V。其中，磷酸鐵鋰電池只能提供3。2V標稱電壓。

這裡用得比較多的是14500圓柱電池，比1。2V/1。5V電壓平臺的鎳氫/鹼性5號電池要高壓很多，鈷酸鋰材質的標稱電壓是3。7V，磷酸鐵鋰是3。2V。

最出名的要數18650，因為當時已有成熟的產業鏈（就是筆記本電芯同款），所以特斯拉可以用很短時間把高效能電動汽車造出來。

這種工業化方案可以類比“根據定裝子彈設計槍械”，或者“根據GAU-8復仇者七管機炮造A-10強擊機”。

再後來，特斯拉採用了21700電池來減少電池包內的電芯總數，精簡電控。在上一年底的特斯拉電池日上，馬斯克宣佈了巨型的46800無極耳電池，預計單體容量能往著20000mAh甚至更高的方向去。

未來，圓柱型鋰離子二次電池依然會是動力電池領域的主心骨。

2、圓柱電池（1.2V/1.5V等）

除了18650命名形式的分類方式，圓柱電池還有簡稱型號，就是我們平時見到的AA、AAA這種。

這是一種更通俗的分類方式，在1。2V/1。5V電壓平臺的圓柱電池中運用更加廣泛。

在上述型號中，我們見得最多的是AAA（7號）電池和AA（5號）電池。

如果使用常規的5號鎳氫電池組裝一臺48kWh的純電動車，需要多少節呢？

假設單節為2000mAh/1。2V/27g，那麼單節能量就是2。4Wh，需要20000節5號鎳氫電池，不算任何模組結構件、電控、冷卻系統的電芯全重為540kg。這也是為何鎳氫電池不適宜做純電動汽車的原因。

3、方形電池

這裡總結的方形電池不是目前動力電池包裡面的大型方形鋰離子電池（3。7V電壓），而是利用1。2V/1。5V電壓電池元件的方形電池模組。這是當前市面上的成熟體系，大家都用過。

看完表格還沒明白筆者在說什麼的，可以看下圖，這就是用6個1。5V圓柱電池元件起來的9V方向電池。

除了縱置形式，我們還能找到橫置形式。

大家可能會疑惑，為什麼表格裡面有些電池的容量上萬mAh，有些才幾百mAh。

實際上，成組之後只有2000mAh以下的方形電池，基本上都是1。2V/1。5V單體電池直接串聯起來的，4。5V鹼性電池是個高容量的特例，畢竟鹼性電池（一次）的單體容量非常高。

而那些動輒10000mAh以上容量的方形電池，就是串並聯都有的方案，串聯升壓，並聯增容，最終用AA（5號）電池組建成上圖這種容量為52000mAh的6V大型方形電池模組。

4、紐扣電池

紐扣電池是我們日常最常見的電池型別之一，用得最多的是3V電壓的CR系列鋰錳電池（鋰-二氧化錳）和1。5V電壓的LR/SR系列鹼性錳鋅電池，此外還有LIR、ML、VL系列的可充電鋰電池。

以下型號按照國際電工委員會（IEC，International Electrotechnical Commission）的標準撰寫：

關於紐扣電池，我們只說兩個最常用的型號就行，一種是CR2025，一種是CR2032，直徑相同，厚度不同，有時候我找不到CR2032的時候就會拿CR2025再墊1mm的東西，電壓一樣的，容量稍微小一點而已。

此外，紐扣電池還有很多鹼性電池型號，筆者就不在表格中一一寫出來了。

電池命名規則

目前國際上有兩大電池規範組織，一個是國際電工委員會（IEC，International Electrotechnical Commission）的標準，一個是美國國家標準協會（ANSI，American National Standards Institute），本文只討論IEC標準。

IEC於1906年在法國創立，負責制定各種電氣產品的標準。IEC有很多分支機構，其中1933年建立的TC21部門負責二次電池標準，1948年建立的TC35部門負責一次電池標準。

當前的電池命名規則（電池命名系統）是1992年啟用的。

1、電化學系統命名

第一個字母標識控制電池效能的主要成分，也相當於標註好了標稱電壓。

其中，M與N目前已撤銷，因電池含汞不環保。

2、電池外尺寸命名

形狀命名法則就簡單多了。

比如LR44紐扣電池，我們可以知曉L代表鹼性配方，R代表圓柱構型，只不過特別扁就成了紐扣電池。

下面還有一部分沿用很久的電池特定命名，比如R6電池其實就是AA（5號）電池，14。5mm直徑，50。5mm高度。

此外，圓柱形電池的直徑和高度不一定是整數，命名時不能用四捨五入的法則，而是依據下表的最大尺寸來規範命名：

根據尺寸標定的命名還有一些不常用的細節，此節以後蒐集到更加詳盡的資料再更新。

3、一個疑問：石墨烯電池存在嗎？

實際上“石墨烯電池”這個概念本身就是不正確的。

電池會以促成它效能的最主要材料來命名，比如下表中的電池命名及其金屬含量，就是一一對應的：

此外，因為目前正極材質是電池效能主要決定元素，所以多數電池都以正極來命名，而石墨烯電池的反應機理基本就是PPT狀態，整天吹充電8分鐘能跑1000km、成本降低80%的那些新聞，一笑而過就行。

結語

這篇文章的表格資訊會持續更新，而關於一些主流技術路線的細分路線詳細陳述，筆者會另闢長文進行陳述。