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人们普遍认为,电动汽车被消费者接受并实现广泛的市场渗透至少需要500公里的费用。因此,对锂离子电池(LIBs)进行重大改进需要沿电池价值链的能量密度和成本条款,而其他关键性能指标如寿命,安全性,快速充电能力和低温性能,需要增强或至少持续。在这里,我们回顾LIB汽车应用材料的进展和挑战,特别是在成本和性能方面参数。讨论阳极和阴极材料的生产过程,重点是材料的丰富性和成本。研究了用于汽车电池的不同类型的电解质的优点和挑战。最后,能量密度和有前途的电池化学成本进行了严格的评估以及评估潜力,电动汽车推进的虔诚目标。
目前,电动汽车的电池组容量最高只达140 Wh/kg和200 Wh/L,而预期大约需要235 Wh/kg和500 Wh/l的容量才能达到500公里的里程,距离这个目标还很遥远。现在正在做的研究工作主要是对电池材料进行修饰,比如在负极上增加硅含量,在正极材料中增加Ni含量等。同时在保持足够电池容量的同时,也要实现电动汽车的快速充电(20 min内达到80% SOC),这对用户来说至关重要。为了能与内燃机汽车(ICEVs)市场竞争,电动汽车的电池组的成本需要降到125 US$ kWh–1,当然由于更严格的二氧化碳和氮氧化物排放规定,ICEVs的价格可能会变得越来越昂贵,这会是电动汽车发展的一个优势。目前,电动汽车的电池成本在电池单元和电池组层面上分别为100-170 US$ kWh–1和220-250 US$ kWh–1。预计要到2022-2025年的时候,电池组的成本可能能达到125 US$ kWh–1,同时更大的市场规模和更高程度的生产自动化是降低成本的驱动因素。LIBs在容量和成本方面有望在未来能有进一步的提高和降低,同时也希望未来能够发展新的电池机理,能够提供更高的电池容量。
未来10年,LIBs在汽车上的应用仍将占主导地位,考虑到汽车工业的长期发展周期,LIB技术不太可能会被任何“下一代”技术所取代,比如锂基电池(ASSBs、Li-S、Li-O2)或Na基电池和Mg基电池等。同时,目前在全球范围内已大规模投资生产LIBs,新兴电池技术的成本竞争将会变得越来越困难。就现在的角度来看,下一代汽车电池应该是目前LIBs的改进版本。