近日，德國明斯特大學的TobiasPlacke教授和MartinWinter教授(通訊作者)在Natureenergy上發表綜述文章"Performanceandcostofmaterialsforlithium-basedregeableautomotivebatteries"。文章回顧了鋰離子電池材料在電動汽車上的進展和挑戰，特別是在成本和性能參數方面;討論了正負極材料的生產過程，重點介紹了材料的豐度和成本以及不同電解液對電動汽車的優點和挑戰;最后，嚴格評估了有前景化學電池的能源密度和成本，以及實現電動汽車推進目標的可能性。

　　【引言】

　　1900年到1912年這幾年是電動汽車歷史上的黃金時代，到1912年，電動汽車在美國的使用量達到了3萬人，這些電動汽車的動力主要是一種鉛-酸電池(LAB)，單個電池電壓大約為2V。由于LABs中較差的質量利用率和充電-放電機制，其實際容量含量僅為40Wh/kg和90Wh/l，庫侖效率和能源效率也僅為80%和70%，所以這種電動汽車被內燃機汽車所取代。隨著科技的進步，環保意識的提高，減少汽車排放量必不可少，電動汽車將會進入另一個黃金時代：2016年，在美國有16萬混合動力電動汽車(PHEVs)的銷售量。

　　鎳氫(NiMH)電池是混合動力電動汽車(HEVs)的首要選擇，NiMH電池的標稱電池電壓為1.2V，可以提供的容量達到80Wh/kg和250Wh/l，不過，其庫侖效率(70%)和能源效率(65%)比LABs的還要低。

　　如今，PHEVs和電動汽車(BEVs)只使用鋰離子電池(LIBs)，其提供的容量最高可達260Wh/kg和700Wh/l，以及更高的庫倫比(99%)和能源效率(高達95%)。為了實現大眾市場的滲透，美國能源部和先進電池協會估計至少需要500公里的里程，這相當于電池組的電池容量需要達到235Wh/kg和500Wh/l，電池單元的電池容量需要達到350Wh/kg和750Wh/l，此外，電池組的成本必須要低于125US$kWh–1。

　　【負極材料】

　　人工石墨(SGs)和天然石墨(NGs)以及無定形碳(硬碳和軟碳)，是應用較多的碳質負極材料，與NGs相比，SGs的純度高、波動低，通常用非晶態和石墨化碳的混合物來進行優化，如優化P:E的比值。目前，在一些商業電池中(如松下或日立)，在碳電極中加入少量的硅(大部分為SiOx)以進一步提高電池的容量。

　　此外，鈦酸鋰(LTO)也被用于商業電池(如東芝的SCiB)，由于其低的電池電壓(這里說的應該是形成的全電池電壓低)和高功率能力，LTO-基電池更適合高功率上的應用，特別是在電動巴士中。鋰金屬被認為是未來最有希望的負極材料，特別是在使用陶瓷或聚合物電解質的全固態電池(ASSBs)中，現在已經用在鋰金屬聚合物電池上。

　　目前，SGs的市場份額為43%，NGs的市場份額為46%(2016年數據)，而無定形碳的所占比例僅為7%，這顯然證明了碳基負極材料的主導地位。相比之下，LTO基和硅基的負極材料僅占2%左右。

　　【正極材料】

　　自從LIBs的商業化以來，正極已經成為電池整體容量提高的一個瓶頸。對汽車電池的正極活性材料的關鍵要求包括：高比容量，高放電電位，高安全性，高能量密度，快速的電池反應動力學和良好的穩定性等。目前技術比較成熟的是具有LiMO2型的層狀氧化物正極，包含了過渡金屬(M)，如鎳、鈷和錳(NMC)或鎳，鈷和鋁(NCA)被廣泛用于汽車電池的正極活性材料。

　　【電動汽車上的電池】

　　最近幾年，電動汽車的容量在不斷的增加，已經可以實現300km的里程。由于市場的推動，在LIBS的研究上的大量投入，其能量增速很大，目前圓柱形18650型電池的能量密度可以到(約250Wkg-1和670Wkg-1)。在電動汽車的應用上，設計出了不同形狀的電池結構，如棱柱形、圓柱形或袋狀，被用在特定場合下。大多數的EV電池是基于石墨負極，而最近的研究是在負極上添加少量硅。如果硅可以成功添加在負極上，不僅不會縮短循環壽命，而且能夠進一步提高能量密度。

　　目前，NCA、NMC-532和NMC-622可以被認為是最先進的正極材料，主要是由于其較低的體積膨脹。磷酸鐵鋰(LFP)正極材料已經被廣泛應用在電動汽車上，目前應用的規模是最大的，這是由于LFP的很好的穩定性，具有較好循環壽命和倍率性能，如公共汽車和卡車已經廣泛使用。