电池化学和希望的改进得到了很多关注，这是合法的。即使是这种化学成分的适度改进也可以转化为更长的运行时间或车辆范围，更好的性能与温度相比，以及许多其他好处。似乎每天都有人在学术研究或创业模式中宣布在更好的化学方面取得突破。

　　在我们的职业生涯中，从实验室改进到试运行再到在商业环境中全面生产的道路是一段非常漫长而艰难的攀登之路，许多看似有希望的改进在此过程中都失败了。这就是现实情况：重大突破很难获得，而进展往往是随着时间的推移而积累的非常小的进步。

　　但是，提高电池性能还有另一个关键方面，这与引人注目的化学反应是分开的，尤其是在电动汽车等大型包装中使用时， 图1.单个电池的物理结构及其设计中的权衡对电池组和系统级性能有重大影响。

　　图1 使用大量紧密包装的电池(例如2017年雪佛兰Bolt EV)的电气，热，机械和其他设计挑战随着电池数量的增加而急剧增加。资料来源：雪佛兰/通用汽车通过汽车和司机

　　此外，电池的包装和电连接方式以及用作电池触点的“标签”起着重要作用。这尤其复杂，因为单个细胞本身甚至一个小簇的电和热行为与密集的细胞聚集体的电和热行为大不相同。

　　我一直在关注电池设计、制造和组装方面的研发，原因有两个：首先，那里取得了重大但往往未被承认的进展，而且往往与锂离子化学的进步一样有意义;此外，就个人而言，高级化学在我看来就像是某种炼金术士的魔法。(我根本不是说是，只是对于那些从未“理解”过化学课上最基本的原理的人来说，这就是感觉。

　　电池的制造和封装方面通常侧重于标准尺寸，例如广泛使用的18650电池(65毫米高，18毫米半径， 图2)以及更大的单元，例如正在逐步引入的4680单元(高80毫米，半径46毫米)。可能有机会改变他们的物理设计和安排，从而以很少或没有成本进行整体改进。

　　图2 最常见的锂基电池具有18650名称，前两位数字表示公称直径，接下来的两个数字表示长度，最后一位数字表示圆形。来源： 速卖通

　　两篇密切相关的论文(参考文献1和2)详细研究了可能的新结构，用于制造电池层并将电池滚动成电池芯(称为“果冻卷”)，以及创建将电流带入和带出电池的标签。

　　我发现有趣的是，这些论文使用 COMSOL(一种使用非常广泛的有限元分析求解器和仿真软件包)进行了广泛的多物理场建模，以同时研究与机械设计、电池内的电流路径和热问题相关的相关问题。与一些善意的学术论文倾向于掩盖模型的局限性(并非所有人都这样做，但许多人必须这样做才能完成项目)不同，这些论文对模型假设、使用的简化以及他们选择的一些权衡的性质相当清晰和直接。

　　例如，一篇论文的作者指出：“在螺旋几何形状中绘制对象是很棘手的，例如在果冻卷的内部添加多个标签。此外，很难可视化螺旋层内部的结果，例如在辊子中不同位置绘制通过分离器的电流密度。因此，他采用了扁平几何形状，可以轻松可视化交叉分离器电流密度， 图3.

　　图3 电流分布(A/m2) 在其中一个分隔符的通平面方向上建模。来源：康索

　　本文还研究了所谓的“工作台”设计可能带来的好处，其中额外的金属连接片被移除。取而代之的是，它们被延长电池果冻卷的箔片以到达电极区域之外来代替。为了最大限度地减少欧姆损耗，并联使用这些基于箔的扩展片的倍数。

　　图4 使用集成的单片电池(左)和20片(右)的负集电器中的电势比较显示出实质性的差异。来源：康索

　　多物理场仿真研究了负集流体箔中的电位分布，并发现了显著差异。具有单个传统电池的电池比具有20个标签的电池的电池具有30 mV的损耗，这是相当可观的。此外，与传统的单片相比，电池内箔层中的电流分布更加均匀，具有多个集成，从而带来更好的整体性能以及更均匀的热条件。

　　电池化学成分显然很重要，需要改进是受欢迎的。与此同时，电池不仅仅是受到如此多关注的化学成分。多选项卡方法在生产中是否可行?它的好处是否超过消极方面?它是否长期可靠或有任何缺点?

　　这些都是需要进一步调查的合理问题，不容易回答。我们可以肯定的是，当涉及到大多数电子元件(也许尤其是电池)时，从概念到实验室，从试运行到全面生产可靠、具有成本效益的单元，都有一条漫长而具有挑战性的道路。与引导IC世界的思维方式不同，电池等电化学设备不容易在产量上扩展，并且不受摩尔“定律”的约束。