随着世界各国对环保重视程度的不断提高；更是由于国际能源日趋紧张，使得新能源的利用成为各国政府的关注重点。尤其是在汽车行业，各个车厂均开始研制自己的新能源汽车，希望凭借新能源技术来占领未来的乘用车市场。各国政府也相继制定相关政策来鼓励车厂研制开发新能源汽车。目前新能源汽车技术已经基本形成规模，尤其是纯电动汽车，更是成为各车厂研发的重点。纯电动车的动力来源的关键就是电池，它的优劣直接影响到电动车的发展前途。下面我们就来了解一下车载充电电池的现状和发展前景。

　　1、全球量产体制初步形成

　　全球很多厂商纷纷开始公布车载锂离子充电电池的大规模量产计划。其中，韩国和中国的投资金额巨大，表现积极。在韩国LG化学，该公司已经决定向美国GM的插电式混合动力车“Volt”和韩国现代汽车（Hyundai Motor）的混合动力车供应锂离子电池，因此制定了大规模的投资计划。中国方面，比亚迪（BYD）和天津力神（Tianjin Lishen）分别制定了在2010年将产能扩大至年均1000MWh（相当于6万2500辆i-MiEV的电池用量）的计划，预计仅中国最近就将实施150亿人民币以上规模的投资。

　　在日本，GS汤浅、三菱商事以及三菱汽车的合资公司Lithium Energy Japan（LEJ）抢占了先机。该公司从2009年6月开始量产面向三菱汽车的电动汽车“i-MiEV”的锂离子充电电池。目前，1号生产线的产能为年均20万个单元（相当于2300辆i-MiEV的电池用量），该公司计划从2010年6月开始启动2号生产线，将产能增加至年均40万个单元（相当于4500辆i-MiEV的电池用量）。此外，还计划向位于GS汤浅京都事业所内的京都工厂进行设备投资，除了预定从2010年12月起以年均100万个单元（相当于1万1000辆i-MiEV的电池用量）的规模开始供货外，还将在滋賀县栗东市内建设新工厂，到2012年度初期实现年均生产440万个单元（相当于5万辆i-MiEV的电池用量）的规模。

　　在美国奥巴马政权宣布，经济刺激政策“美国复苏和再投资法案（ARRA：American Recovery and Reinvestment Act）”中的14亿9190万美元将用于电动车辆用充电电池生产。该ARRA投资的条件是，接受投资的企业必须另行出资与政府投资金额大致相同的资金，因此在美国，将有总额约30亿美元的资金用于车载充电电池生产。

　　迄今为止，美国尚未出现能够在全球市场上一争高下的锂离子充电电池厂商。目前，锂离子充电电池的生产主要集中在亚洲地区。美国政府对这种状况拥有较强的危机感，所以将确立“美国制造（Made In America）”的生产基地列为了国家战略的最重要课题。

　　此外，KD ABG MI是由大型化学厂商陶氏化学（Dow Chemical）和韩国从事锂聚合物充电电池开发的Kokam Engineering的美国子公司等出资成立的合资公司。包括ARRA的资金在内，该公司计划共计投入6亿美元在美国密歇根州设立制造基地，将从2011年中期开始量产。

　　全球面向车载锂离子充电电池的投资日渐活跃，在这种情况下，此前一直在消费类锂离子充电电池市场上占据较大份额的日本大型锂离子充电电池厂商也开始采取大规模行动。松下将三洋电机纳为子公司,据说近几年将投资2000亿日元左右用于车载锂离子充电电池。全球首次量产锂离子充电电池的索尼于2009年11月宣布，将在此前一直坚决拒绝涉足的车载用途领域开展业务，今后数年内，将投资1000亿日元为量产大型电池做准备。为构筑车载锂离子充电电池的量产体制，仅全球主要的投资就已经超过了1百亿美元。

　　2、车载电池材料的发展动向

　　目前车载电池的材料和手机、电脑一致，基本都是以锂电池为主。但是车载锂离子充电电池的正极材料略有不同，原因是车载用途要求安全性高、寿命长、输出功率高、成本低的产品。

　　此前，便携产品用单元的正极材料一直以钴酸锂（LiCoO2）为主流，除此以外还采用3元系（Li（Ni-Mn-Co）O2）和NCA系（Li（Ni-Co-Al）O2）等。而车载电池考虑到安全性和成本的问题，没有采用LiCoO2。目前，车载用途的主流材料采用锰酸锂（LiMn2O4）、三元系以及磷酸铁锂（LiFePO4）。

　　例如，日本厂商中，三菱汽车的“i-MiEV”和日产汽车的“绿叶”配备的充电电池采用了基于LiMn2O4的正极材料。而GS汤浅与本田的合资公司Blue Energy预定面向本田混合动力车供应的单元，以及三洋电机面向混合动力车和插电式混合动力车开发的单元的正极材料采用三元系。

　　而中国比亚迪汽车的混合动力车“F3DM”则配备采用LiFePO4的单元，大部分的中国厂商也都显示出了采用该材料的迹象。此外，美国电池风险公司A123 Systems正在开发采用LiFePO4的车载锂离子充电电池。

　　正极材料之所以不采用LiCoO2，是因为其热稳定性较差。在过充电的情况下，锂脱离正极材料时发热，由此可能会导致生成氧。另外，由于内部短路等原因造成异常高温情况时，也会导致氧的生成。生成的氧与有机电解液发生反应，可能会出现燃烧现象。

　　对此，三元系、LiMn2O4和LiFePO4与LiCoO2相比热稳定性出色。热稳定性的排序为三元系＜LiMn2O4＜LiFePO4。LiFePO4的稳定性尤其高。LiFePO4具有橄榄石系结晶构造。橄榄石系材料的磷（P）和氧（O）牢固地结合在一起，即使遇到高温也很难产生氧。但橄榄石系材料的导电性较低，所以从数年前开始就对将其作为电池材料的做法存在争议。

　　美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）和A123 systems等通过缩小LiFePO4的粒径、以及利用碳进行包覆等，使可用于高输出功率用途的锂离子充电电池实现了实用化。由于其稳定性出色、材料价格低，中国的车载电池厂商几乎全部采用该材料。日本的住友大阪水泥也开始量产LiFePO4。目前正面向ELIIYPower供应该材料，应用于从2010年4月开始安装在固定使用的大型锂离子充电电池上。

　　不过，LiFePO4中锂的电位为3.4V左右，与其他材料相比较低。因此，制成单元时的能源密度要比三元系和LiMn2O4低。

　　在与LiFePO4相同的橄榄石系材料中，作为可将锂的电位提高至4.2V左右的材料，磷酸锰锂（LiMnPO4）的开发备受关注。最近，量产LiFePO4的住友大阪水泥于2010年3月宣布，开发出了具有放电电位为4.1V、比容量在162mAh/g以上特性的LiMnPO4。

　　另一方面，负极材料目前以石墨为主流（部分，混合动力车采用非晶类碳材料）。不过，东芝和美国ENERDEL等正在开发采用虽然单元电压较低，但安全性和低温特性出色的钛酸锂（LTO）的锂离子充电电池。其中，东芝在2010年5月11日举行的“2010年度经营方针说明会”上宣布，在电动汽车用途方面，已经有内定采用该材料的企业。负极材料也开始呈现多样化趋势。

　　作为新一代负极材料，目前，开发时机日益成熟的是硅类材料。因为硅与石墨相比拥有10倍以上的理论容量。不过，由于锂离子在脱插过程中会产生高达400％的体积变化，因此存在反复进行充放电容易引起构造破坏、无法确保循环寿命的课题。

　　为此，通过与原来的石墨混合设置空隙，以降低体积膨胀的方法、以及与SiO2等形成合金后与石墨混合的SiO-C复合材料等成了有力候选。目前，以大型电池厂商为首，三井金属矿业、大阪钛科技以及日立化成工业等正在推进材料开发。不过，据悉在车载用途领域并不会立即采用，首先将作为便携产品用锂离子充电电池积累经验。实际上，日立麦克赛尔将从2010年6月开始面向智能手机供货采用硅类负极材料的单元。

　　3、充足的资金支持和政府的重点关注将进一步促进新技术的发展

　　各厂商面向电动车辆等的车载锂离子充电电池的量产计划纷纷确立，但电动汽车要想普及，其性能还不够完善。原因是充电一次的行驶距离较短。例如，日产汽车的电动汽车“绿叶”配备24kWh的锂离子充电电池，充电一次的行驶距离为160km左右。这一距离只是目前的汽油车的1/3左右。

　　要想解决该问题，就需要开发容量更高、更安全的新一代电池。目前的车载锂离子充电电池的能量密度为100～150Wh/kg左右。如果能将其提高2倍、3倍，行驶距离就能相应延长。关于锂离子充电电池的高容量化，正如连载二中提到的那样，各电池厂商以2015～2020年前后为目标，提高正极材料的电压、和采用高容量硅类负极材料。另外，为了在之后的2030年前后实现可将容量提高至现有电池数倍以上的Li-S电池和Li空气电池等后锂离子充电电池，为此而进行的基础研究在全球日益活跃。

　　近来，美国IBM于2009年6月宣布将着手开发Li空气电池等后锂离子充电电池，美国的开发时机已经非常成熟。日本方面，丰田于2008年6月作为开发创新性电池的基础研究部门，新设了“电池研究部”，开始积极进行基础研究。

　　与目前的锂离子充电电池相比，Li空气电池能量密度的理论值可达15倍以上，Li-S电池也能达到10倍以上，均有望获得提高。Li空气电池的正极利用大气中的氧，单位质量及单位体积的能量密度可实现飞跃性提高，因此一直在作为终极电池进行研究。

　　而Li-S电池正极采用S、负极采用Li，有望实现超过1000Wh/kg的电池单元。不过，两款电池目前还均存在无数课题。Li空气电池的正极构造与燃料电池相同，因此需要形成利用催化剂与氧发生反应的构造。而且，作为充电电池使用的话，需要还原在空气极发生反应的锂氧化物等，迄今为止尚未达到实用水平。

　　另一方面，Li-S电池与空气电池相比正极构造虽然比较简单，但存在进行充放电时S会在电解液中溶解的问题，以及电子传导度较低等课题。另外，两款电池的负极均使用金属锂，因此在反复进行充放电的过程中，负极会产生枝状的锂析出物——树突（dendrite）。

　　在不断进行的研究中，固体电解质受到越来越多的关注。目前，离子传导度高达3～5×10-3S/cm的硫化物系固体电解质已经面世，虽然用于大型电池的可能性较低，但终于看到了希望。尤其是Li-S电池，由于同为硫化物系，因此匹配度非常高。通过制造正极材料S与固体电解质的复合体，有望提高特性。

　　Li空气电池利用固体电解质与利用电解液时相比，有望简化空气极的构造。这些电池目前仍处于基础研究阶段，能否实现实用化前景尚不明朗，但毋庸置疑的是，车载领域的需求正推动开发新一代电池。

　　经济的发展，社会的进步都不可避免要发生能源问题，新能源的使用目前只是刚刚起步，只有促进新技术的不断发展才能使得新能源可以以更快的脚步来到我们的身边。