1965年，英特爾創始人之一的戈登·摩爾正準備一個關于計算機存儲器發展趨勢的報告，在他開始繪制數據時，發現了一個驚人的趨勢：每個新芯片大體都是前一個版本兩倍的容量。
結合時間來看，每個芯片產生的時間都是在前一個芯片產生后的18~24個月內。
Moore的觀察資料，就是現在的摩爾定律。人們還發現這不僅適用于對存儲器芯片的描述，同時還能夠精確地概括芯片算力和磁盤容量的發展。該定律已經成為許多工業對于性能預測的基礎定律。
最近幾年，隨著電動車普及率大幅提高，動力電池迎來全面爆發時刻。電動車中最重要的零部件非動力電池莫屬，經歷了多年技術革新，動力電池經歷了多條技術路線混戰，最終磷酸鐵鋰和三元勝出。
但動力電池的發展過程沒有摩爾定律。
動力電池的技術基礎是電化學，元素周期表在100多年前就已經基本架構穩定，電化學只是通過排列組合不同的化學元素，協同解決一個又一個工程學問題。
盡管在目前階段，電池性能仍然具備廣闊的提升空間，但預計未來將呈現螺旋式升級：電化學體系需要綜合考慮能量和功率密度、循環壽命、安全性等多個維度，因此基于差異化的出行需求，將形成各有側重、多元的動力電池產品線。同時，受益技術迭代、提質降本，電池的能力邊界在逐步擴大，從而持續開辟全新的儲能場景與市場，形成倒錐形的發展格局，終局或將實現對移動式與固定式化石能源的替代。
這種螺旋式升級迭代主要分為材料升級和結構革新，其中正極是決定動力電池能量密度的核心。目前的技術格局中，正極材料成熟且優化空間較小，短期突破點聚焦在負極材料上，而對固態電池顛覆式創新的期望，正推動很多冒險者激流勇進。
在材料升級上，正極主要技術路線中短期不會改變，但可能會通過添加新的化學元素在一定程度上改變電池的某個屬性，如磷酸鐵鋰衍生出的磷酸錳鐵鋰，鎳鈷錳衍生出的鎳鈷鋁，等等；負極材料目前處于突破前期，正在從純石墨向硅碳負極演進。
在結構革新上，則是對電芯、模組、封裝方式等改進和精簡，以提升電池的系統性能，例如比亞迪的刀片電池、寧德時代的CTP/CTC技術和特斯拉的4680等等。
其他技術路線：鈉離子電池、鉀離子電池、氫燃料電池等等，各有各的適合場景。
固態電池：固態電池相比于液態電池在能量密度和安全性方面都更好，但這項技術并不容易突破，并且，當前外界宣傳的固態電池的安全性僅僅限于起火方面，對于其固態電解質的揮發和毒性問題，并未見過有專門的報道。此外，固態電池的產線幾乎是對現有產線的完全顛覆，而量產時間越推越久，就不得不采取折中方案替代之。當前來看，半固態電池有可能成為固態電池的長期過渡方案，甚至最終方案。
一、正負極材料的升級
1991年，索尼將鋰電池商業化運用的時候，其能量密度就已經有80wh/kg，經過30余年的發展，當前鋰電池的能量密度最高不過是其3倍而已，并且更多是基于工程和材料的漸進式優化，并無所謂的突破式技術。
三元材料的技術演進，就是從3系到5系（5:2:3）再到6系（6:2:2）、8系（8:1:1），直至現在的9系高鎳。這個演進的本質就是鎳的比例不斷提升、鈷的比例不斷下降、能量密度不斷提高的過程。
但高鎳在工程上并不容易做到。像NCM811等高鎳三元正極材料，其工藝流程對于窯爐設備、匣缽、反應氣氛等均有特殊要求，且往往涉及二次甚至更多次的燒結，成本較高。比如所需的氫氧化鋰原料，要在氧氣氛圍燒結，還要去離子水洗滌。但常規三元正極材料則只需要碳酸鋰原料，空氣氛圍燒結，也無需去離子水洗滌。
負極材料的工作原理是在電池中起到儲鋰的作用，鋰離子在充放電過程中嵌入與脫出負極，充電時正極鋰被氧化為鋰離子，通過隔膜到達負極，鋰離子嵌入負極中；放電時鋰離子脫出負極，在正極被還原為鋰。
下一步，人們想用的材料是硅。硅的理論容量高達4200mAh/g，是石墨的十倍多。但硅有一個問題，在電池的充放電循環過程中，隨著鋰離子的嵌入和脫出，硅的體積膨脹率非常大，純硅高達300%，這會引起電解液的消耗，進而導致電池使用壽命的急劇下滑。
石墨之所以好用，就是因為它的體積膨脹率比較低，只有10%-13%左右。目前，產業界想到的折中方案是，用5%-10%的硅來形成石墨+硅的復合負極材料，在可以接受的體積膨脹率之下，盡可能去提升容量。
不過，目前硅碳負極出貨量還不高，一方面一些技術難題還沒有被攻克，比如說石墨本來可以循環3000次，但加了硅就減半到1500次，同時硅碳的成本也始終居高不下。
縱觀動力電池材料端的演進過程，每一步的提升并不是依靠有人突然間合成了原來沒有的東西，而是通過對不同元素間的排列組合，來逐漸突破更好的性能。
二、結構的升級
當人們不斷嘗試新材料的同時，電池結構也是升級的另一大重點方向。
如何改進底盤電池包的設計？如何提升空間利用率？如何降低零件數量、降低電池包成本？都是提高動力電池綜合表現的重要手段。
各家紛紛亮出了自己的“武器”，比亞迪研究出了“刀片電池”、寧德時代拿出了CTP/CTC技術、特斯拉祭出了4680……當然本質上，封裝路線其實只有三種：圓柱、方形與軟包。
比亞迪和寧德時代都走的方形封裝路線，特斯拉的4680則屬于圓柱型。圓柱型是最為成熟的技術路徑，從消費電子開始，采用鋼鋁把圓柱的電池包裝起來，一直是生活中最常見的電池。這種工藝成熟，良品率很高，但BMS復雜，使用門檻較高。而方形電池采用鋼鋁外殼，成組效率最高；軟包則是能量密度最高，但經歷了一系列安全事故和價格高昂，曾經遭遇挫折，但在2020年后隨著歐洲市場的放量滲透率大幅回升。
全球范圍內，不同封裝形式電池均有一席之地，但市場競爭力已有差異。2020 年全球動力電池裝機 142.8GWh，同比增長 21%，CATL、LG 化學、松下分列裝機前三。從封裝類型看，裝機 TOP3 的主營類型不同，CATL 為方形、LG 化學為軟包、松下是圓柱。從市場競爭力看，TOP10 主要是軟包和方形電池企業，其中韓系企業聚焦軟包，中國企業主營方形居多。
演進之中，簡化環節減少用料是做減法，但本質是為了開發更加高效高性能的系統。在 CTP的設計理念中，更高的成組效率是目標，因此開展去模組化，減少輔件；降本訴求下，冗余功能、材料的去除也是重要的手段，特斯拉是具備競爭力的代表企業。在做減法的過程中，能夠發現產品的性能也在持續改善，更加集成化的系統代表著更先進的管控方式。
結語
動力電池是金屬離子在正負極的來回穿梭，它與電子在集成電路中的運動完全不同，電子技術幾十年來的突飛猛進是根源于對物理學中基礎理論理解運用的不斷深入和成功。
無論是4680從多功能膠的使用、激光點陣焊接、全極耳的切跌、新型硅碳負極的應用，再到刀片電池富有創意的排布、CTP向CTC電池越來越集成化，都現代工程學的結晶。
它需要企業家對技術路徑的敏銳嗅覺、解決一個又一個工程問題的執著情懷，以及穿越產業周期的宏大格局。
定律終有限極，工程永無止境。
