為了應(yīng)對能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)，同時(shí)也是為了保障國家能源安全和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級，我國政府制定了一系列政策來促進(jìn)新能源系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展。作為新能源系統(tǒng)中關(guān)鍵的應(yīng)用端之一，新能源汽車動力電池一直被廣泛關(guān)注和研究，并已取得了卓著的產(chǎn)業(yè)化和技術(shù)成果。然而，當(dāng)前鋰離子動力電池能量密度較低、安全性較差、倍率性能較差、壽命短等缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了新能源汽車的駕駛體驗(yàn)，難以滿足廣大消費(fèi)者的需求，使得新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍然任重道遠(yuǎn)。因此，開發(fā)新一代動力電池成為國家和社會的迫切需求。

新一代高能量密度電池的策略主要有：開發(fā)滿足實(shí)際應(yīng)用條件的高鎳三元材料、富鋰氧化物固溶體材料等作為正極材料，硅碳材料等作為負(fù)極材料，以及固體電解質(zhì)材料替代傳統(tǒng)的電解液。

1高鎳三元材料

研究表明，三元材料中鎳含量的增加可以有效提高動力電池能量密度且可降低電池成本。高鎳三元材料NCM811的能量密度達(dá)到280W·h/kg以上。然而，高鎳三元材料穩(wěn)定性差且對生產(chǎn)工藝要求苛刻，制約了其推廣應(yīng)用。現(xiàn)有的針對性解決方案主要是通過表面包覆、表面修飾、元素?fù)诫s等方式提高材料的穩(wěn)定性。最近，唐仲豐［1］發(fā)現(xiàn)通過NH4H2PO4預(yù)先包覆三元前驅(qū)體再混鋰燒結(jié)的制備工藝，可以有效去除材料表面的殘鋰，而且燒結(jié)過程產(chǎn)生的Li3PO4包覆層能大幅提升高鎳三元材料的倍率性能和高溫循環(huán)性能。不過，高鎳三元材料的推廣應(yīng)用仍需更多的研究去解決材料的穩(wěn)定性難題。

2富鋰氧化物固溶體材料

采用富鋰氧化物固溶體材料作為正極材料的鋰離子電池，具有能量密度高、熱穩(wěn)定性好、對環(huán)境友好等特點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代鋰離子電極正極材料的最佳選擇之一。但是，其循環(huán)性能和倍率充、放電性能差等問題尚待解決。黃繼春［2］通過噴霧干燥法制備了氧化鋯包覆改性的層狀富鋰氧化物正極材料，試驗(yàn)表明：包覆量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，材料的能量密度和循環(huán)性能得到有效提升；而且通過檸檬酸進(jìn)行改性處理后的層狀富鋰氧化物正極材料的首圈放電比容量提高了250%以上。然而，其制備的正極材料的循環(huán)性能依然無法滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

3硅碳材料

目前應(yīng)用最廣泛的鋰離子負(fù)極材料依然是石墨材料。多孔結(jié)構(gòu)的硅碳復(fù)合材料，由于充分發(fā)揮了硅作為負(fù)極材料的高比容量(理論可達(dá)3579mA·h/g)、低脫鋰電位的優(yōu)勢，同時(shí)克服了硅材料充、放電過程中體積效應(yīng)嚴(yán)重、電子導(dǎo)電率低和電解液兼容性差等缺點(diǎn)，成為了最具應(yīng)用潛力的下一代高性能鋰離子電池負(fù)極材料。雖然這類突出的研究成果近幾年來一直屢見不鮮，但是由于制備方法過于繁瑣復(fù)雜，只適用于實(shí)驗(yàn)室里的微量制備，而批量制備的材料性能差、成本高。

4固體電解質(zhì)材料

當(dāng)前俗稱的全固態(tài)鋰離子電池是指使用固體電解質(zhì)替代傳統(tǒng)電解液的鋰離子電池，具有壽命長、安全性高等優(yōu)勢。最近，HALLOPEAU等［4］采用微波反應(yīng)燒結(jié)法合成了無機(jī)固體電解質(zhì)材料Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3，室溫下的離子電導(dǎo)率高達(dá)3.15×10614S/cm，這是至今為止被報(bào)道的最高離子電導(dǎo)率；然而其相對密度僅有88%，電化學(xué)穩(wěn)定性差。而LI等［5］則是通過引入氟化鋰改性，有效地提高了無機(jī)固體電解質(zhì)的穩(wěn)定性，且降低了電解質(zhì)的界面電阻。與此同時(shí)，聚合物固態(tài)電解質(zhì)、有機(jī)無機(jī)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)等都被廣泛研究。然而，固體電解質(zhì)一直難以在實(shí)際中應(yīng)用，因?yàn)榇罅康难芯拷Y(jié)果發(fā)現(xiàn)：幾乎所有的固體電解質(zhì)都難以兼得高離子電導(dǎo)率和寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口。