這是一個很有意思的話題，特別是對不了解這個東西的人，我以前也有過類似的疑惑。在知道電池包里面到底長啥樣之前，我一直以為動力電池里面就是一個很大的電池加上電線。后來畢業(yè)去了一家動力電池廠，實習的時候，從窗外看到了車間里正在裝配的某汽集團的動力電池才知道，我去里面居然是這么多小電池。

你沒看錯，動力電池里面全是小電池。

直接用一個大電池，不是能省不少事嗎，也不需要電芯->模組->電池包這么一個復雜的過程，而且增加那么多的材料和工序，電池的能力密度卻變得更小了。

那我們現(xiàn)在就來講講，到底為什么動力電池不直接做一個完整的大電池，而是要用這么多小電池組起來的？難道是那些工程師沒有動腦子的結(jié)果嗎？

第一步，先了解一下電池的原理

之前提到了電池的一些基本原理，這些原理至今基本沒有改變。

電池之所以能夠放電，是因為其內(nèi)部的化學物質(zhì)能進行氧化還原反應，而當這種反應為可逆反應時，電池就是可充電的電池。在電池內(nèi)部，氧化反應和還原反應分別在電池的兩極進行。在電池的負極中，一般是電位較負的活性物質(zhì)構(gòu)成，比如活潑的金屬，作為還原劑；而在正極中，一般是電位較正的氧化劑組成。在氧化還原反應過程中，一般伴隨著電子和離子在正負極之間的移動。

離子要能在正負極間移動，就必須要有溶液，就是我們說的電解液，而有了電解液，能夠?qū)щ姷娜芤?，那么電子也就同樣能夠在正負極中移動了，這就構(gòu)成了一個氧化還原反應的條件了。但問題是，此時如果真這樣做了，那整個反應不就不受控制嗎，直接就開始反應了，沒有開關，電路也沒有接出來，而是在內(nèi)部啊。且正負極可以直接導通，這不是短路了嗎？對，這就是短路了，會劇烈的放電，搞不好會起火和爆炸。

因此，聰明的工程師們找了一種特殊的膜，把它隔在正負極之間。這種膜有一種特性，那就是電子不能通過此隔膜，而離子則可以自由通過此隔膜。有了這個隔膜，電子不能通過，電池內(nèi)部氧化還原反應就沒法正常進行，而當需要進行反應（放電）時，用一根可以導電的電阻絲，從外部將正負極連起來，讓電子可以在正負極之間移動，電池內(nèi)的氧化還原反應就可以進行。而由于有電子在電阻絲中通過，也就形成了電流。

現(xiàn)在，我們先來看看鉛酸電池的結(jié)構(gòu)

鉛酸電池的原理和上述原理一樣，也是由正極、負極和隔膜構(gòu)成的。我們現(xiàn)在購買鉛酸電池時，一般一個為12V，是因為鉛酸電池內(nèi)部，也是由好幾組小的電池串起來的。實際上，鉛酸電池正負極材料主要為鉛及其化合物組成，電解液為硫酸，單個鉛酸電池單元為2V。

鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理上，和上面所講幾乎是一模一樣，以圓柱形鋰離子電池為例：電池外部為鋼殼，里面是由正極、隔膜、負極這樣的三層夾心結(jié)構(gòu)卷繞而成的。下面這張圖，就是將圓柱鋰電池剝?nèi)ネ鈿よF皮以后的內(nèi)部樣子：

圓柱電芯外殼和卷料

電芯卷料示意圖

如果從電池的中部將電池截斷，我們就可以看到如下圖所示的結(jié)構(gòu)，其中202、203為電池的正負極，201為正負極之間的隔膜。在隔膜201與正負極202、203之間的間隙中，會加入電解液，以確保鋰離子能夠在正負極之間移動，正是因為帶正電的鋰離子移動，從而形成了電池內(nèi)部的電流。

電池截面示意圖

鋰電池內(nèi)部卷料示意圖

為什么不把動力電池做成一個大的

如果我們把正極、隔膜、負極這種夾心結(jié)構(gòu)做得非常長，然后像衛(wèi)生紙一樣，一直卷一直卷，卷到煤氣罐那么大，再找個煤氣罐，把氣放出來，把卷料裝進去，加注上電解液，把正負極引出來，那是否就能做出能驅(qū)動一輛電動汽車的大電池呢？

回答這個問題之前，我們先來看看，如果按照上面的方法，會做出一個什么樣的電池。電池充放電的原理，前文已經(jīng)講過了，就是利用電池正負極材料的可逆的氧化還原反應進行的，由于氧化還原反應過程伴隨著得、失電池的過程，因此，加以人為控制，就能實現(xiàn)充電和放電（電子移動方向不同）。

但我們要先考慮下功率問題，電池的功率，就是內(nèi)部離子移動的速度，又或者說是電池內(nèi)部氧化還原反應的速度。而電池內(nèi)部氧化還原反應的速度，最主要的影響因素是電池正負極的電勢差，如前文所說：負極中，一般是電位較負的活性物質(zhì)構(gòu)成，正極中，一般是電位校正的物質(zhì)構(gòu)成。正是這兩種物質(zhì)的電勢差，導致了電池兩端的電勢差，影響著電池內(nèi)部氧化還原反應的速度，對外的表現(xiàn)就是電壓。

我們再考慮一下放電的情況，如果使用電阻絲將這個煤氣罐電池的正負極連起來，使得電子可以在正負極之間移動，那么電池內(nèi)部的氧化還原反應條件成立，電阻絲中電子移動形成電流。如果把電阻絲換成汽車的驅(qū)動電機和相關電路，其實也是能驅(qū)動車輛的。但是我們?yōu)槭裁床贿@樣做呢？

電動汽車的電驅(qū)系統(tǒng)

因為我們之前做的煤氣罐電池，只是加長了正負極帶的長度，卷的圈數(shù)更多，而沒有改變正負極的材料，因此電勢差是沒有改變的，也就是電壓是不變的，只是電量增加了。原來可以用1天，現(xiàn)在可以用一年，但是電壓是沒有變的。

卷多大都只有3~4V電壓

電池進行放電，電力驅(qū)動的能力，我們用功率來衡量，P = U * I。U是電池的電壓，I是電池的電流。我們假定車輛需求的功率是恒定的，那么電壓U和電流I就是反比關系，一個越小，另一個也就越大。大的電流，我們需要更粗的銅導線來傳導，高的電壓，我們需要更厚的電線外皮來絕緣。

這電線，車用有點不合適吧

現(xiàn)在的煤氣罐電池和普通的18650電池一樣，只有3.6V左右，但是不同的是，我們的煤氣罐電池可能有20KWH（度）的電量。假如我們要用來驅(qū)動車輛，就需要先升壓，在車上加裝更多、更大的電力轉(zhuǎn)換設備。而如果不升壓，能不能開發(fā)電壓3.6v，功率上百千瓦的電機不說，光是回路中的電流，就需要很粗很大的電線。如果是電動汽車，車上的電線有易拉罐那么粗，不管用戶能不能接受，顯然工程師們是接受不了的。所以現(xiàn)在大家都是老老實實，串起來增加電壓的。

串聯(lián)增壓，并聯(lián)增容

那能不能做一個體積大，電壓大的大電池呢？這就需要找到電勢差更大的正負極材料了，現(xiàn)在的鋰離子電池主要是鋰元素，在原始周期表中排行老三，而老二和老大都是氣體，大家覺得呢？

元素周期表

另外，即便是鋰電池，最高也就4.2V，但還是經(jīng)常把車輛燒起來，而鋰金屬遇到水時，就會劇烈反應甚至是爆炸；如果你能找到能做出300多伏電壓的新元素，諾貝爾的事先不提，你確定這種元素不會和空氣反應，不會把車都炸成灰嗎？

鋰電池已經(jīng)是個暴躁老哥了

好啦，這就是為什么電動汽車不直接做個大電池，而要使用這么多小電池組合起來的原因了，不知道有沒有讓大家讀了之后更糊涂呢？

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