電池化學和希望的改進得到了很多關注，這是合法的。即使是這種化學成分的適度改進也可以轉化為更長的運行時間或車輛范圍，更好的性能與溫度相比，以及許多其他好處。似乎每天都有人在學術研究或創業模式中宣布在更好的化學方面取得突破。

　　在我們的職業生涯中，從實驗室改進到試運行再到在商業環境中全面生產的道路是一段非常漫長而艱難的攀登之路，許多看似有希望的改進在此過程中都失敗了。這就是現實情況：重大突破很難獲得，而進展往往是隨著時間的推移而積累的非常小的進步。

　　但是，提高電池性能還有另一個關鍵方面，這與引人注目的化學反應是分開的，尤其是在電動汽車等大型包裝中使用時， 圖1.單個電池的物理結構及其設計中的權衡對電池組和系統級性能有重大影響。

　　圖1 使用大量緊密包裝的電池(例如2017年雪佛蘭Bolt EV)的電氣，熱，機械和其他設計挑戰隨著電池數量的增加而急劇增加。資料來源：雪佛蘭/通用汽車通過汽車和司機

　　此外，電池的包裝和電連接方式以及用作電池觸點的“標簽”起著重要作用。這尤其復雜，因為單個細胞本身甚至一個小簇的電和熱行為與密集的細胞聚集體的電和熱行為大不相同。

　　我一直在關注電池設計、制造和組裝方面的研發，原因有兩個：首先，那里取得了重大但往往未被承認的進展，而且往往與鋰離子化學的進步一樣有意義;此外，就個人而言，高級化學在我看來就像是某種煉金術士的魔法。(我根本不是說是，只是對于那些從未“理解”過化學課上最基本的原理的人來說，這就是感覺。

　　電池的制造和封裝方面通常側重于標準尺寸，例如廣泛使用的18650電池(65毫米高，18毫米半徑， 圖2)以及更大的單元，例如正在逐步引入的4680單元(高80毫米，半徑46毫米)。可能有機會改變他們的物理設計和安排，從而以很少或沒有成本進行整體改進。

　　圖2 最常見的鋰基電池具有18650名稱，前兩位數字表示公稱直徑，接下來的兩個數字表示長度，最后一位數字表示圓形。來源： 速賣通

　　兩篇密切相關的論文(參考文獻1和2)詳細研究了可能的新結構，用于制造電池層并將電池滾動成電池芯(稱為“果凍卷”)，以及創建將電流帶入和帶出電池的標簽。

　　我發現有趣的是，這些論文使用 COMSOL(一種使用非常廣泛的有限元分析求解器和仿真軟件包)進行了廣泛的多物理場建模，以同時研究與機械設計、電池內的電流路徑和熱問題相關的相關問題。與一些善意的學術論文傾向于掩蓋模型的局限性(并非所有人都這樣做，但許多人必須這樣做才能完成項目)不同，這些論文對模型假設、使用的簡化以及他們選擇的一些權衡的性質相當清晰和直接。

　　例如，一篇論文的作者指出：“在螺旋幾何形狀中繪制對象是很棘手的，例如在果凍卷的內部添加多個標簽。此外，很難可視化螺旋層內部的結果，例如在輥子中不同位置繪制通過分離器的電流密度。因此，他采用了扁平幾何形狀，可以輕松可視化交叉分離器電流密度， 圖3.

　　圖3 電流分布(A/m2) 在其中一個分隔符的通平面方向上建模。來源：康索

　　本文還研究了所謂的“工作臺”設計可能帶來的好處，其中額外的金屬連接片被移除。取而代之的是，它們被延長電池果凍卷的箔片以到達電極區域之外來代替。為了最大限度地減少歐姆損耗，并聯使用這些基于箔的擴展片的倍數。

　　圖4 使用集成的單片電池(左)和20片(右)的負集電器中的電勢比較顯示出實質性的差異。來源：康索

　　多物理場仿真研究了負集流體箔中的電位分布，并發現了顯著差異。具有單個傳統電池的電池比具有20個標簽的電池的電池具有30 mV的損耗，這是相當可觀的。此外，與傳統的單片相比，電池內箔層中的電流分布更加均勻，具有多個集成，從而帶來更好的整體性能以及更均勻的熱條件。

　　電池化學成分顯然很重要，需要改進是受歡迎的。與此同時，電池不僅僅是受到如此多關注的化學成分。多選項卡方法在生產中是否可行?它的好處是否超過消極方面?它是否長期可靠或有任何缺點?

　　這些都是需要進一步調查的合理問題，不容易回答。我們可以肯定的是，當涉及到大多數電子元件(也許尤其是電池)時，從概念到實驗室，從試運行到全面生產可靠、具有成本效益的單元，都有一條漫長而具有挑戰性的道路。與引導IC世界的思維方式不同，電池等電化學設備不容易在產量上擴展，并且不受摩爾“定律”的約束。