在不久前出版的《自然》(Nature)雜志上，一篇題為《距離鋰電子電池革命僅余10年》(Ten years left to redesign lithium-ionbatteries)的文章指出，鋰離子電池性能和價(jià)格的演進(jìn)速度正在放緩。

如果不加大對(duì)基于儲(chǔ)量豐富的鐵、銅等材料的電極材料的研究，電動(dòng)汽車的大規(guī)模發(fā)展將受到限制!

文章認(rèn)為，造成上述問(wèn)題的主要原因包括以下幾點(diǎn)：

一是因?yàn)榧夹g(shù)已近極致，且尚未突破。

在電極材料的晶體結(jié)構(gòu)中, 可以儲(chǔ)存的電荷量快要接近理論最大值;市場(chǎng)規(guī)模的增長(zhǎng)難以繼續(xù)帶來(lái)大幅度的價(jià)格降低。

二是現(xiàn)有資源開(kāi)始短缺，而替代材料尚未出現(xiàn)。

目前普遍采用的電極材料，如鈷和鎳十分稀缺，且價(jià)格昂貴，如果沒(méi)有任何新的變化，預(yù)計(jì)在2030~2037年間(或更早)，鈷和鎳的需求量就會(huì)超過(guò)產(chǎn)量。另一方面，新的替代電極材料，如儲(chǔ)量豐富的鐵、銅，則還處于早期研究階段。

自1990年首次問(wèn)世以來(lái)，鋰離子電池在消費(fèi)性電子產(chǎn)品、儲(chǔ)能(家用、公用事業(yè))、電動(dòng)汽車行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著產(chǎn)能規(guī)模的擴(kuò)大，其性能大幅提升、價(jià)格大幅下降。

而驅(qū)動(dòng)鋰離子電池的成本下降和性能提升的四個(gè)關(guān)鍵因素中，化學(xué)材料則是其中最重要的一項(xiàng)。

電池的性能受兩極化學(xué)材料的影響。陰極材料主要包括鋰鎳錳鈷(NMC)、鋰鎳鈷鋁氧化物(NCA)、鋰錳氧化物(LMO)和磷酸鐵鋰(LFP);陽(yáng)極材料大多數(shù)采用石墨，重型汽車中為增加循環(huán)壽命，也會(huì)使用鈦酸鋰(LTO)。

NMC和NCA技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是能量密度更高，主導(dǎo)了輕型電池市場(chǎng);

LFP的能量密度低，但得益于更高的循環(huán)壽命和安全性能，它成為重型電動(dòng)汽車(即客車)采用的主要化學(xué)物質(zhì)。

化學(xué)材料對(duì)電池成本有著較大的影響，LFP-Gr最為昂貴，約為240美元/千瓦時(shí)，比最便宜的NMC811-Gr電池高出約20%。

根據(jù)IEA的分析，鋰離子電池雖然能在未來(lái)的二十年內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)，但其化學(xué)材料將逐漸發(fā)生變化。

2025年前后，新一代擁有低鈷、高能量密度和陰極鋰鎳錳鈷(NMC)811等特性的鋰離子電池將進(jìn)入量產(chǎn)。在石墨陽(yáng)極中加入少量的硅，可將能量密度提高50%，而能夠承受較高電壓的電解質(zhì)鹽也將有助于提高性能。

2025年至2030年期間，鋰金屬為陰極、石墨/硅復(fù)合材料為陽(yáng)極的鋰離子電池可能會(huì)進(jìn)入設(shè)計(jì)階段，甚至還可以引入固態(tài)電解質(zhì)以進(jìn)一步提高能量密度和電池安全性。此外，鋰離子技術(shù)可能會(huì)被鋰空氣、鋰硫等其他有著更高能量密度和更低理論成本的電池所取代。但實(shí)際上，這些技術(shù)的發(fā)展水平仍非常低，實(shí)際性能尚待測(cè)試。