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，使電動汽車價格在普通消費者承受范圍之內(nèi)。

鎳基技術(shù)可以同時滿足這兩個條件。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、報紙和雜志上看到的都是有關(guān)舊技術(shù)改進(jìn)的報道，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)將成為電動汽車的首選電池技術(shù)。

不同電池技術(shù)對比

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)逐漸被電動汽車電池產(chǎn)業(yè)淘汰，取而代之的是功能更強大的技術(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)計比NMC/NCA價格低20%~25%，但能量密度卻下降30%，這是應(yīng)用于電動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)計為NMC811的30%~50%，但實際能量密度只有NMC811的65%。因此，LNMO不太可能用于全尺寸的電動汽車，但可能適用于電動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，因為它利用了雙電子轉(zhuǎn)移并可能具有5V電壓。但是，這兩個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)計電動汽車市場不太可能會采用這項技術(shù)。

鋰硫（Li-S）是一項商用技術(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，不能用于電動汽車。

固態(tài)鋰離子是近年來發(fā)展起來的一項新技術(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)造一個能量儲存系統(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)電池是未來的電動汽車技術(shù)發(fā)展趨勢，因為這種鋰離子在車輛事故中不會燃燒。缺點在于系統(tǒng)的動力學(xué)性能低于常規(guī)鋰離子電池，導(dǎo)致功率密度不佳，會對電動汽車加速和電池充電時間產(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)計它的商用很快就能實現(xiàn)。

燃料電池通過精心設(shè)計的微孔膜將儲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，因此對加速性能有要求的車輛需要額外的鋰離子電池或超級電容器模塊才能得到預(yù)期的性能。（本文由國際鎳協(xié)會提供資料整理而成）