為降低能源消耗和減少溫室氣體排放，世界各主要國家都在推廣電動(dòng)汽車。研究表明，鎳能夠顯著提高鋰離子電池的能量密度，使得高鎳鋰離子電池成為當(dāng)前電動(dòng)汽車的首選技術(shù)。盡管鋰因其重量輕、電壓高（能量高）等特性成為鋰電池的常用材料，但鎳目前也正用于多種獲得市場認(rèn)可的電池化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)。

多年來，多種可充電鋰電池基礎(chǔ)技術(shù)都得到了發(fā)展和改進(jìn)，但是仍然存在一些技術(shù)差異。不僅能量密度、功率密度、安全性、循環(huán)壽命和成本有差異，這些技術(shù)之間的電壓和電壓分布也有所不同。

平衡能量密度和成本

在電動(dòng)汽車制造技術(shù)中，選擇電池所提供的能量相當(dāng)重要。“比能”和“能量密度”這兩個(gè)術(shù)語經(jīng)常被混用或誤用。從技術(shù)上來說，比能是重量概念，單位是Wh/kg；能量密度是體積概念，單位是Wh/l。在大多數(shù)應(yīng)用中，最重要的是空間體積的能量，也就是能量密度。但由于重量比體積更容易測量，通常使用比能數(shù)據(jù)，但卻容易被誤稱為能量密度。

汽車OEM重視七個(gè)主要屬性：成本、能量密度和比能、功率密度及體積和重量、循環(huán)壽命、安全性、低溫和高溫耐受性及性能。OEM生產(chǎn)優(yōu)先考慮的是能量密度，它定義了汽車每一次充電的行使距離以及電池成本，使電動(dòng)汽車價(jià)格在普通消費(fèi)者承受范圍之內(nèi)。

鎳基技術(shù)可以同時(shí)滿足這兩個(gè)條件。在過去的十年中，鎳、鈷、錳及鋁氧化物（NMC/NCA）的混合物一直用于最好的電池技術(shù)。

鎳含量越高，能量密度越高。由于在電池制造中鎳替代了鈷，因此成本有所降低。目前，特斯拉主要使用的NCA含大約80%的鎳、15%的鈷和5%的鋁，而其他OEM最常使用的電動(dòng)汽車電池是NMC622，含有60%的鎳、20%的錳和20%的鈷。

高鎳技術(shù)的競爭性技術(shù)曝光率越來越高。大多數(shù)情況下，在期刊、報(bào)紙和雜志上看到的都是有關(guān)舊技術(shù)改進(jìn)的報(bào)道，但其中許多技術(shù)都缺乏一種或多種性能屬性，因此它們很難找到廣闊的市場。在可預(yù)見的未來，鎳基技術(shù)將成為電動(dòng)汽車的首選電池技術(shù)。

不同電池技術(shù)對(duì)比

磷酸鐵鋰（LFP）是最早商用的鋰離子技術(shù)之一，主要是由于其耐用且安全。但是由于能量密度低，它已經(jīng)逐漸被電動(dòng)汽車電池產(chǎn)業(yè)淘汰，取而代之的是功能更強(qiáng)大的技術(shù)。

最近，一種含錳的新LFP（LFMP）問世，其能量密度顯著提高。這種新正極與硅碳負(fù)極一起為電池提供大約200Wh/kg的能量。盡管能量提高，但仍無法與電池能量為300Wh/g的NMC811/NCA競爭。

與高鎳NMC/NCA相比，LFMP預(yù)計(jì)比NMC/NCA價(jià)格低20%~25%，但能量密度卻下降30%，這是應(yīng)用于電動(dòng)汽車制造的主要障礙。

與LFP一樣，鋰錳氧化物（LMO）是一種特殊的立方分子結(jié)構(gòu)，成分為氧化錳，以便鋰離子進(jìn)出。作為較早的商用技術(shù)之一，它主要憑借高功率能力和良好的安全性。但是和LFP一樣，由于能量密度低，它已被NMC取代。汽車OEM不常使用LMO，但是三菱公司在i-MiEV型汽車中使用了LMO和NMC的混合物。

最近，研究人員發(fā)現(xiàn)在LMO的結(jié)構(gòu)中加入30%的鎳（LNMO），可增加其能量密度，且由于錳提高了電壓（4.7V），從而大大提高了理論上的能量。

新LNMO的成本預(yù)計(jì)為NMC811的30%~50%，但實(shí)際能量密度只有NMC811的65%。因此，LNMO不太可能用于全尺寸的電動(dòng)汽車，但可能適用于電動(dòng)自行車和小輪摩托車。

富鋰錳（LMR）是一種不含尖晶石的富錳技術(shù)，其中也含有少量的鎳。理論上，這是一種高能量密度的材料，因?yàn)樗昧穗p電子轉(zhuǎn)移并可能具有5V電壓。但是，這兩個(gè)極端條件與耐用性背道而馳，且循環(huán)穩(wěn)定性非常差。因此，在可預(yù)見的未來，預(yù)計(jì)電動(dòng)汽車市場不太可能會(huì)采用這項(xiàng)技術(shù)。

鋰硫（Li-S）是一項(xiàng)商用技術(shù)，幾乎專用于氣象氣球和無人機(jī)。從根本上來說，它是比能最高的電池，比NMC811高出近50%。問題在于，它要保持硫正極的結(jié)構(gòu)完整性，防止其溶解到電解質(zhì)中，結(jié)果導(dǎo)致循環(huán)變差，容量衰減嚴(yán)重，不能用于電動(dòng)汽車。

固態(tài)鋰離子是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。“固態(tài)”一詞的意思是，電解質(zhì)不是液體，而是一種固態(tài)或膠狀離子導(dǎo)電材料。該理念是創(chuàng)造一個(gè)能量儲(chǔ)存系統(tǒng)，基于電解質(zhì)的非易燃性而提高安全性。由于固態(tài)技術(shù)具有顯著的安全優(yōu)勢，負(fù)極也可以由鋰金屬制成，因此能量得到了提高。鋰負(fù)極的循環(huán)能力取決于所使用的富鋰，這反過來又降低了能量密度。

無論系統(tǒng)中鋰的含量是多少，正極材料都不會(huì)改變。最高能量密度仍將使用高鎳正極，只是電解質(zhì)和負(fù)極不同。

許多人認(rèn)為固態(tài)電池是未來的電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展趨勢，因?yàn)檫@種鋰離子在車輛事故中不會(huì)燃燒。缺點(diǎn)在于系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能低于常規(guī)鋰離子電池，導(dǎo)致功率密度不佳，會(huì)對(duì)電動(dòng)汽車加速和電池充電時(shí)間產(chǎn)生負(fù)面影響。盡管如此，豐田已經(jīng)宣布將在今年推出一款使用固態(tài)電池的電動(dòng)汽車。

硅技術(shù)也已經(jīng)發(fā)展了幾年，并取得了持續(xù)材料。這項(xiàng)技術(shù)使用硅作為負(fù)極的成分，取代了一些常用的石墨。硅的理論能量密度是石墨的10倍，是一種極具吸引力的材料。但是，硅在電池充電期間會(huì)有明顯的物理膨脹。在放電過程中，這種先膨脹后收縮的現(xiàn)象或使材料產(chǎn)生應(yīng)力裂紋，從而增加了材料的阻抗性，降低了材料的容量。

正極與固態(tài)技術(shù)一樣，不會(huì)隨著硅技術(shù)的負(fù)極而改變。高鎳正極材料將與硅一起使用，以實(shí)現(xiàn)超高的能量密度。350Wh/kg電池使用高鎳正極和高硅負(fù)極，預(yù)計(jì)它的商用很快就能實(shí)現(xiàn)。

燃料電池通過精心設(shè)計(jì)的微孔膜將儲(chǔ)存在燃料罐中的氫燃料與空氣中的氧氣結(jié)合起來從而進(jìn)行工作。由于成本、可靠性和工作效率等問題，燃料電池技術(shù)發(fā)展緩慢，但已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步。燃料電池的重量能量密度非常好，但體積能量密度則不然。其次，它的功率密度低，因此對(duì)加速性能有要求的車輛需要額外的鋰離子電池或超級(jí)電容器模塊才能得到預(yù)期的性能。（本文由國際鎳協(xié)會(huì)提供資料整理而成）