MFC推荐—下一代电动汽车动力电池的全面综述

目前锂离子电池被电动汽车大规模采用，同时也满足电动汽车在能量密度、寿命、安全性、功率和成本方等面的严格要求。下一波电动汽车消费浪潮即将到来。虽然锂离子电池在汽车市场上得到了广泛的应用，但是锂离子电池仍需要进一步的被开发，以维持其在竞争对手中的主导地位。美国阿贡实验室陆俊和Khalil Amine详细论述了电动汽车动力电池用活性电极材料和电池化学的最新进展，包括目前最前沿的动力电池体系和材料主要是什么？材料性能、生产和成本具体如何？

一、全球电动汽车市场预测

图1 2017-2022年的电动汽车销量全球前五名的国家

二、锂离子电池成本详细分析

图2 锂离子电池材料成本分析

三、电动汽车动力电池矿产储量与生产？

图3.全球锂储量分布图

本图来源：能源学人

图4 按锂离子电池和其他应用划分锂和钴需求的演变

本图来源：能源学人

四、电池回收

图5 EV电池回收过程的和流程图

五、电池活性材料的性能比对

图6 常见的正极和负极的特征总结

图7 a）正极和b）负极活性材料在材料水平上的比能量、能量密度和平均能量效率说明

图8 粗颗粒涂层：a）薄的均匀涂层；b）原子层沉积的超薄表面涂层；c）使用富锰外壳保护富镍芯的核壳结构；d）随着镍浓度不断降低的全浓度梯度阴极从中心到表面

图9.三维晶体结构：a）三维模型在a b面上的投影；b）三维模型在a c面上的投影；c）反晶缺陷对一维孔道中嵌锂的理论预测。d）面板

本图来源：能源学人

图10 石墨与石墨间孔隙（红色）中Si颗粒（蓝色）所组成的硅碳结构

本图来源：能源学人

六、锂离子电池PK锂金属电池

图11 锂离子电池（上）和锂金属电池（下）示意图，锂金属电池包括1层隔膜和1层致密的金属锂。锂金属电池处于充电状态，锂含量超过20%。层厚按比例显示。锂金属代替石墨电极后，电池体积和质量的减少是很明显的。锂金属电极的另一个概念包括使用宿主结构，该宿主结构限制了锂金属电极的体积变化。

图12.锂沉积示意图a）无保护，循环后锂金属枝晶和死锂形态；b）循环后纯PVDFHFP层力学模量低，枝晶穿透PVDF-HFP层时出现界面波动；c）APL复合有机PVDF-HFP和无机LIF的共形和机械强度，以抑制锂枝晶穿透和稳定锂金属表面

七、需要重点关注的研究方向