了解近期、中期和远期电动汽车所需的化学成分、包装策略和电池类型。

汽车电气化的趋势线虽然斜率不固定，但正向右上方延伸。因此，电气和化学工程师们正在努力让电动汽车像今天的内燃机驾驶一样安全、方便、无忧。下面我们来看看未来几个月、几年甚至几十年内我们预计会出现的技术。

今天

磷酸铁锂将继续在全球市场上迅猛增长，从 2020 年的 6% 增至 2022 年的 30%。其能量密度比普遍使用的镍锰钴化学物质低约 30% 至 60%，但它更安全，而且丰富的材料可同时提高成本和可持续性。

一种前景光明的两全其美的方法是Our Next Energy Gemini 电池，它采用新型镍锰电池，能量密度高但循环寿命短，与 LFP 电池配合使用，每天可以轻松充电至 100%。LFP 电池将用于日常驾驶，而其他电池则用于偶尔的长途旅行。财务困境推迟了生产，但希望与富士康的战略合作能让它重回正轨。

从将电池封装在模块中（然后将这些模块封装到另一个外壳中）转向将电池封装到包装中的组装可以提高能量密度 - 特别是在使用更节省空间的圆柱形或袋式电池时。

固态电池一直被说成是“即将问世”的，但这一说法终于来了，因为中国的 IM Motors L6 轿车即将成为首款采用固态装置的量产车，其 130 千瓦时的电池组在中国循环中可行驶 622 英里（按照 EPA 标准可能超过 400 英里）。IM Motors 声称它使用了一种获得专利的“纳米级电解质”，具有“高离子电导率和耐高温性”。该公司还表示，电池的阴极涂有镍，而阳极则由“高比能复合硅碳材料”制成。它还支持 400 千瓦的充电，据报道，只需 12 分钟即可增加 249 英里的续航里程。

QuantumScape、Solid Power 和丰田等公司也准备在近期投产固态电池。我们还在关注铜纤维素作为一种高度可持续的固态电极材料的持续发展。

明天

电池创新需要多年的开发。以下是一些可能在 10 年内完成这一过程的技术，它们将从新型化学技术开始。

Lyten 正在大力将锂硫电池推向市场。一个硫原子可以容纳两个锂离子，而一个 NMC 分子则需要多个 NMC 分子才能容纳一个锂离子。这大大提高了能量密度。Lyten 的创新石墨烯阴极可能已经解决了最初阻碍循环寿命的硫耗竭问题。该公司已将试生产样品发往汽车制造商。

钠离子甚至比 LFP 更便宜，但由于能量密度已经降低了 80%，因此预计它只能在最轻、最便宜的汽车应用中使用，即汽车 12 伏电池，或许还有双离子电池。

新型电极材料也即将问世。如今的电池通常使用金属氧化物阴极活性材料 (CAM)，如锂镍锰钴氧化物或锂铁磷酸盐。充电过程中收集这些离子的阳极活性材料通常是碳基石墨。硅会吸引更多的锂离子，但在此过程中会物理膨胀，这可能会损坏电池。

硅纳米线阳极有望提供更高的能量存储量，同时减少膨胀，但成本仍然过高。锂金属阳极参与化学过程，提高能量密度，但防止形成可能导致电池短路的金属“晶须”的涂层需要进一步开发。

双极电池有望通过堆叠电池并将一个阳极直接连接到下一个阴极（就像在手电筒中堆叠电池一样）来提高能量密度，而不是每个电池都有自己的外壳和外部连接。丰田（生产双极镍氢电池）声称，即将推出的双极磷酸铁锂电池将使其续航里程增加 20%，成本降低 40%，相对于目前为其bZ4X EV供电的电池而言。

在新型双离子电池 (DIB) 中，充电时正离子不再从阴极迁移到阳极，放电时又从阴极迁移回来，而是同时使用正阳离子和负阴离子。充电时，阳离子收集在阳极，阴离子收集在阴极，而放电时，两者又会解离回电解质中。两个电极都可以是碳纤维基的，或者其中一个可以是铝基的（为结构电池打开了大门）。优点包括极快的充电速度、更高的电压、单位面积电流密度和能量密度，而循环寿命是最大的剩余挑战。

遥远的未来

上述所有进步都将有助于提高能量密度、充电时间、成本和安全性，再加上日趋成熟的基础设施，电动汽车的城市通勤和公路旅行将变得像今天的石油燃料家庭卡车一样平常。我们也支持那些努力取得突破的科学家，他们将把商业核聚变推向市场，一劳永逸地解决我们的可持续电力问题。