新能源汽车的发展对电池的要求越来越高，我国《节能与 新能源汽车技术路线图》提出2030 年电池比能量达到 500 Wh/kg，目前的锂离子电池都满足不了此要求。加快新型动力 电池的开发势在必行，当前主要进行研发的新一代动力电池 包括固态锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池等。
1 固态锂离子电池
固态锂离子电池从 20 世纪 50 年代就开始研究，但受当 时材料技术、制造技术限制，其电性能和安全性不能达到实用化要求。智能电子产品、电动汽车产业要求配套电池性能不断提升，使固态锂离子电池成为近年来研究的重点。固态锂离子 电池安全性好、比能量高(可达400 Wh/kg 以上)、循环寿命长、 工作温度范围宽、电化学窗口宽(可达 5 V)。
固态锂离子电池存在的主要问题是倍率性能和低温性能差，主要原因是固态电解质导电率与液态电解质相比差几个数量级，电池内阻大；其次固态电池电化学反应是发生在固 / 固界面，固 / 固界面浸润性差，电化学反应离子扩散速率低，造 成浓差极化大(过电位高)；再者，电极在充放电过程中通常会膨胀 / 收缩，导致电极与电解质发生分离，严重时使电池失效。
解决固态电解质与正负极界面以及正负极内部等的传质 过慢问题是研究的主要方向，研究内容主要包括对电极 / 电解质界面结构解析，新型电解质开发，固态界面反应机理，电极成型技术等。目前研究的固态电解质主要分为四种，分别是硫 化物电解质、聚合物电解质(PEO 类聚合物)、氧化物电解质和 无机有机复合物电解质，其中氧化物固态电解质是公认的最 终发展方向。
2 锂硫电池
硫具有高的理论比容量(1675mAh/g)，与金属锂构建的 锂 / 硫二次电池理论比能量高达 2600Wh/kg，是最有前景的 新一代动力电池之一。在锂硫电池走向实际应用过程中，存在以下问题：
(1)放电过程中间产物聚硫化锂易溶于电解液，电池容量衰减快，循环稳定性差；(2)S和硫化锂都是绝缘体，导 电性差；(3) 充放电过程中正负极材料体积收缩和膨胀易导致 电池损坏；(4)聚硫化锂在正、负极之间的“穿梭反应”，降低充电库仑效率；(5)金属锂电极充放电过程中易形成枝晶与“死 锂”，体积变化大，SEI 膜反复形成 - 破裂，消耗电解液，导致电池失效。研究的关键是确保使用 Li2S 作为正极的电池的长期 可靠性以及提高 Li2S 的利用率，并且负极材料需要与正极材 料相匹配：Li2S 可匹配石墨或硅(Si)的混合材料；S8匹配金属 Li 或其合金。
研究的主要内容包括：(1)通过材料复合抑制穿 梭效应，并减小电极膨胀：如硫 / 碳复合(包括碳纤维管、石墨 烯等材料)、硫 / 聚合物复合、硫 / 金属氧化物复合等；(2)锂硫电池的电解质的研发；(3)通过溅射、表面包覆、合金化、钝化等方法对锂金属负极进行保护。
3.锂空气电池
锂空气电池是以Li作负极、O2为正极的电池，在水溶液体系中放电产物为LiOH，有机体系中放电产物为Li2O或Li2O2，开路电压为2.91V。理论上O2是无限供应的，金属锂比容量为3860mAh/g，电池理论比能量达到11140Wh/kg，是现有研究电池中比能量最高的，也是锂离子电池研究的最终方向。空气电极一般使用多孔碳材料(如活性炭、碳纳米管等)，可以产生较多的空气通道。锂空气电池致命缺陷是反应生成物Li2O或Li2O2不溶于有机电解液，会在多孔碳上堆积，阻塞气流通道，阻止电池放电；在有机体系中，电池充电电压远大于放电电压，能量效率低。研究方向和内容主要包括：空气电极的研究和开发；电化学反应低成本催化剂的开发；金属锂的防护；水溶液体系、有机溶液体系以及混合体系的电解液的研究；空气中其他组分的毒化作用的防治和研究等。
总结
新能源汽车对动力电池的要求主要包括：高安全性下的高能量密度需求，体现在与燃油车相比较的一次加油续航里程；快充性能，达到与常规车加油时间相接近；宽温度范围的应用，全天候条件下电池的性能保障；长循环寿命，达到与整车同寿命。新一代锂离子动力电池的研究方向也脱离不了这个范畴，全固态电池是最接近实际应用的动力电池，除了导电率及界面问题的进一步深入研究外，应更多地集中于批量化生产工艺及实车应用测试数据的分析。而对于锂硫电池和锂空气电池等，应注重于机理和电池材料方面的深入研究，首先实现在小型电子设备上的应用，再向动力电池领域拓展。随着技术的发展和科研人员的努力，对新型动力电池机理的深入探索和新材料的不断涌现，动力电池将出现跨越式的发展。
