為了應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)，同時(shí)也是為了保障國(guó)家能源安全和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，我國(guó)政府制定了一系列政策來(lái)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(dòng)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(dòng)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(kāi)發(fā)新一代動(dòng)力電池成為國(guó)家和社會(huì)的迫切需求。

新一代高能量密度電池的策略主要有：開(kāi)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(dòng)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(duì)生產(chǎn)工藝要求苛刻，制約了其推廣應(yīng)用?，F(xiàn)有的針對(duì)性解決方案主要是通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)，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(duì)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(wèn)題尚待解決。黃繼春［2］通過(guò)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(guò)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(wú)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(shì)，同時(shí)克服了硅材料充、放電過(guò)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(lái)一直屢見(jiàn)不鮮，但是由于制備方法過(guò)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(zhǎng)、安全性高等優(yōu)勢(shì)。最近，HALLOPEAU等［4］采用微波反應(yīng)燒結(jié)法合成了無(wú)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(duì)密度僅有88%，電化學(xué)穩(wěn)定性差。而LI等［5］則是通過(guò)引入氟化鋰改性，有效地提高了無(wú)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(wú)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。