无论是价格，还是续航时间、充电时间、电池寿命，围绕的都是纯电动汽车的动力来源——目前广泛的商业化生产和应用的锂离子电池。

锂离子电池和我们的日常生活和工作息息相关，无论是消费者手中的智能手机、数码产品、笔记本电脑、电动玩具、小小家电，还是日常生活和工作中需要的电子仪器、高级电动工具、电动代步工具，都使用锂离子电池提供能源，甚至能源(风能、地热能等)存储。

锂离子电池于纯电动汽车的应用比较特殊，一要储电能力强又要限制重量;二要性能好又要价格亲民，也就是要兼得鱼和熊掌，任重而道远!

全球纯电动汽车锂电池的发展状况

(1)全球锂离子电池的发展历史

1958年，哈里斯(Harris)提出了采用有机电解质作为锂金属原电池的电解质。1962年，波士顿召开的电化学学会冬季会议上，提出了“锂非水电解质体系”的设想，第一次把活泼金属锂引导电池设计中，这就是锂电池的雏形。这个时期的锂电池还没有二次充电的能力，被称作锂一次电池或者锂原电池。我们最熟悉的金属锂一次电池便是手表，计算器和电脑主板中经常使用的纽扣电池，它是典型的锂锰一次电池，但是这种电池只能用一次，不够环保。

1970年，埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压，不需充电。锂离子电池(Li-ion Batteries)是锂电池发展而来。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。这种电池也可以充电，但循环性能不好，在充放电循环过程中容易形成锂结晶，造成电池内部短路，所以一般情况下这种电池是禁止充电的。

1982年伊利诺伊理工大学(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此过程是快速的，并且可逆。与此同时，采用金属锂制成的锂电池，其安全隐患备受关注，因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。

1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料，具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高，且氧化性远低于钴酸锂，即使出现短路、过充电，也能够避免了燃烧、爆炸的危险。

1989年，A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。

1990年日本Nagoura等人研究成以石油焦为负极、LiCoO2为正极的锂离子二次电池：LiC6|LiClO4-PC+EC|LiCoO2;同年，Moli和Sony两大电池公司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池。

1991年，日本索尼能源技术公司与电池部联合开发了一种以聚糖醇热解碳(PFA)为负极的锂离子电池。

1992年日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。随后，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。此类以钴酸锂作为正极材料的电池，至今仍是便携电子器件的主要电源。

1993年，美国Bellcore(贝尔电讯公司)首先报导了采用PVDF工艺制造成聚合物锂离子电池(PLIB)。

1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸铁锂(LiFePO4)，比传统的正极材料更具安全性，尤其耐高温，耐过充电性能远超过传统锂离子电池材料。因此已成为当前主流的大电流放电的动力锂电池的正极材料。

2002年，磷酸铁锂(LFP)首次被美国Valance公司产业化。

随着美国特斯拉电动汽车进入中国，能量密度高、续航能力强的三元锂电池逐渐替代以磷酸铁锂为主的国内电池，正常来讲，用作动力电池的三元聚合物锂电池是指正极材料使用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池。

(2)中国锂离子电池的发展历史

锂离子电池的生产技术主要被日本垄断。西欧和北美等国家的锂离子电池技术与中国基本上处在同一起跑线上。

中国政府对锂离子电池的研究开发十分重视，投入了巨大财力和物力，将其列入“863”计划及“九五”重点攻关项目。许多科研院所和高校相继开展了锂离子电池研究。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》中，动力锂离子电池被列为高效能源材料技术的优先发展方向。

90年代初开始研究锂离子电池电极材料和电池，研制成功AA型锂离子电池。1996年研制成功移动电话、摄像机用18650型电池，电池的容量达到索尼公司的电池水平。可充放电500次，形成了包括电极材料及电池制造工艺、锂离子电池开发的技术基础。

中国生产聚合物锂离子电池的厂家也在20年代90世纪相继问世，1999年12月厦门宝龙工业有限公司、2000年7月广东惠州TCL金能电池有限公司先后投产。

动力电池产业起步于2006年，从安全和资源考虑，选择了能量密度在120—140Wh/kg的磷酸铁锂技术路线，经过近十年的发展，已经形成了自主、可控的完整产业链。

2015年，北京京仪敬业电工科技有限公司联合日本共创株式会社、四川华赞动力科技有限公司及北京英耐时新能源科技有限公司经过不懈努力，终于将世界先进钛酸锂电池实现国产化，历经半年的5倍率充放循环寿命测试结果表明，电池组循环放电到2248次时，循环容量为标定容量的84.4%，最高温升12℃，无一电芯鼓胀变形。

近年来，中国动力电池出货量已经跻身国际领先行列。

2000年，日本的锂离子电池年产量达5亿只，约占全球市场90%多，而中国的年产量仅为0.35亿只。在一系列国家政策的支持下，中国的锂离子电池产业有了长足的发展，中国的锂电池产业进入快速成长阶段。深圳比亚迪、深圳比克、天津力神等锂离子电池企业迅速崛起，2004年，中国的锂离子电池年产量达到8亿只，在全球市场份额猛增至38%，仅次于日本。根据国家统计局数据显示，到2013年，中国的锂离子电池年产量已达到近47.68亿只，已发展成为全球电池生产制造大国。

2014年中国动力电池产量和销售量约占全球1/3。2015年，比亚迪、CATL、国轩、中航锂电等8家企业跻身全球动力电池出货量前十五强。

当前，中国动力电池的产能，磷酸铁锂占到了80%—90%。中国自主开发的高能量密度三元锂电池，已开始在国际豪华品牌和国内主流品牌乘用车上小规模应用，通过2—3年试验验证可完成安全评估，届时中国将掌握三元锂电池核心技术。

经过国内锂电池材料企业的努力，目前制造锂电池核心技术已经取得重大的突破，用于电动车的锂电池，所有核心材料基本上实现了国产化率。目前，锂电池包括充电器在内的48v11Ah(采用18650圆柱形钢壳，每颗电芯为2200mA，65颗电芯串并联)成组，价格不到500元，与铅酸电池相比，具有性价比优势。这个价格已经是锂电池刚推向市场的1/3左右。

据科技部网站消息，目前世界电动汽车基本以锂电池为主。在20多年的发展过程中，日韩中已基本上垄断了全球锂电池供应，市场份额高达95%，其中日本市场份额达60%以上，韩国为30%，中国为8%。

(3)锂空气电池获突破开始谋专利

据网络消息，最近有研究人员宣布，锂空气电池的稳定性获得突破。如果新技术能投入商用，那么未来电动汽车将有望拥有与传统燃油汽车相同甚至更强的续航能力，电动车不受待见的命运或将由此逆转。

多年来，研究人员一直希望能用锂空气电池代替传统的锂离子电池，因为前者拥有更强的蓄电能力，比性能最好的锂离子电池都要高出10倍以上，可提供与汽油同等的能量。锂空气电池从空气中吸收氧气充电，因此这种电池可以更小、更轻。

锂空气电池虽然具有广阔的应用前景，但由于内部结构的不稳定性，难以找到可用的电解液和电极材料，在几次充放电之后就会解体，这让锂空气电池迟迟无法进入消费市场。

锂空气电池在放电时，阳极的锂释放电子后成为锂阳离子， 锂阳离子穿过电解质材料，在阴极与氧气以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂或者过氧化锂，并留在阴极，充电过程则相反。整个充放电循环要求有稳定的电极与电解质环境。但是在之前的研究中，人们始终无法维持这两者的稳定性，被当做阴极的碳棒会与电解质产生各种意料之外的副反应，从而导致碳棒逐渐解[工业电器网-cnelc]体，几次充放电循环过后，一块锂空气电池就彻底无法使用了。这使得科学家们不得不在研究中另辟蹊径。

——以黄金作电极

来自苏格兰圣安德鲁斯大学的研究人员为锂空气电池的突破带来喜讯，其解决方法就是金子。他们的研究成果已发表在《科学》(Science)上。

由彼得·布鲁斯领导的研究人员制造出了一种使用DMSO(二甲亚砜)作为电解液，并用多孔的黄金作为电极的锂空气电池实验模型，这种实验电池在充放电100次以后，其电池容量仍能保持最初的95%。

研究团队将传统的碳阴极换成了惰性的纳米级金阴极，其稳定性要远高于碳棒;他们还将之前由聚碳酸酯(polycarbonates)或聚醚 (polyethers)制作的电解液，换成了一种名叫二甲基亚砜(DMSO)的导电溶液，这种溶液不那么容易在阴极发生反应。事实证明他们成功了，新的 “纳米金 - 二甲基亚砜” 组合的稳定性要远远超出原有组合。

“锂离子电池的储能密度很高，从这点来看它是我们的最佳选择。它已经逐渐渗透到我们的生活，包括在电动汽车上的应用。”布鲁斯说，“我们也发现，现在汽车电池的储电量至少再扩充一倍才能真正满足行驶的要求。这一点传统锂离子电池无法企及，所以我们才将目光投向了锂空气电池。”

化学教授克莱尔·格雷和她的团队前不久攻克了锂空气电池开发中的技术难关

发表在美国《科学》周刊上的一篇研究论文显示，剑桥的这个团队攻克了这种技术中的部分实际问题——尤其是化学上的不稳定问题。此前，由于这种化学上的不稳定，锂空气电池会显示出性能迅速衰退的现象。

锂空气电池的基本化学原理十分简单。这种电池通过锂和氧结合成过氧化锂实现放电，再通过施加电流逆转这一过程而完成充电。如何可靠地令上述反应反复发生是该技术面临的挑战。剑桥的科学家对相关化学过程做了调整以提高其可控性。比如，他们将过氧化锂转变为更易处理的氢氧化锂，还向系统中添加了碘化锂，并用石墨烯制作了渗透性极好的“蓬松”电极。所谓石墨烯，是12年前曼彻斯特大学发现的一种碳的同素异形体。

研究人员表示，剑桥实验室中展示的电池系统效率达90%，可充电2000次。不过他们表示，可能至少还需10年的工作才能将该电池变为可用于汽车和电网蓄电的商业电池。电网蓄电装置用于存储太阳能和风能发电站间歇发出的电力，以便在需要的时候使用。

格雷教授表示：“我们获得了该技术的专利，其知识产权归剑桥大学商业化机构剑桥实业所有。我们正与多家公司合作推进这项技术。”

不过，由美国阿贡实验室、北京理工大学和韩国汉阳大学的研发团队负责人卢俊(音)坦承，这种电池的研发挑战“相当大”。他说，最大挑战之一是锂空气电池的活泼性质，尤其是在水中过于活泼，因此，要成功研制锂空气电池必须阻止水与锂金属电极直接接触。

目前，卢带领的团队正在对锂空气电池的四种电解质进行测试：惰性溶剂(aprotic)、液态溶剂(aqueous)、固态溶剂(solid-state)和混合溶剂(hybrid aqueous/aprotic)。

由于分解过快，惰性溶剂的使用需配合比较稳定的电解液，比如锂盐是一种比较好的选择;鉴于锂空气电池的活跃性质，液态溶剂的挑战很大，研究人员正在开发一种和锂导体分离的解决方案;同时，多孔金属、石墨和碳电极材质也在探索范围之内。

研究人员对同电解质的探索意义重大。 目前最好的电池每千克也只能储存300瓦时的能量,而汽油每千克能储存的能量高达1.3万瓦时。 一旦合适的电解质被成功开发，锂空气电池的理论储能有望达到1.17万瓦时/千克，和汽油相差无几。

(4)石墨烯聚锂电池能量密度超600mAh/g

石墨烯已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，具有电阻率极低，电子迁移速度极快的特点。石墨烯电池，就是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性开发出的一种新型电池。

世界上的首款石墨烯聚合材料电池由西班牙Graphenano公司和科尔瓦多大学合作研发，其中Graphenano公司也是世界上第一家以工业规模生产石墨烯的公司。目前常见的三元锂电池能量密度在180-200mAh/g，而石墨烯聚合材料电池的能量密度则可以超过600mAh/g。也就是说，如果将特斯拉P85上的电池替换为同等重量的石墨烯电池，其续航里程将达到约1500km，是原来的3倍。

除了能量密度高，石墨烯电池的充电速度也要比锂电池快很多，可以有效解决充电时间长的问题。它的寿命也很长，可以达到锂电池的2倍。

另外，据Graphenano公司表示，石墨烯电池的性能超群，但是成本并不高，反而要比锂电池低77%。采用石墨烯电池将能够有效降低电动车的成本，进而提升市场竞争力。