現(xiàn)在的鋰電池的能量密度已經(jīng)接近理論最大值，LIBs的能量密度提升正逐漸變緩。電池市場的快速增長，使LIBs降價(jià)更顯得遙不可及。相反的是，在過去的兩年里，鋰電池產(chǎn)量的激增幾乎使鈷的價(jià)格幾乎翻了兩番，從每千克22美元生到81美元。市場需求的增大和價(jià)格的快速上漲已經(jīng)鼓勵(lì)一些生產(chǎn)商偷工減料，違反環(huán)境和安全法規(guī)。例如，在中國，石墨礦釋放的粉塵已經(jīng)損壞了農(nóng)作物、污染了村莊和飲用水。而在非洲，一些礦主剝削童工，在缺少防毒面具等防護(hù)設(shè)備，手工開采礦石的小型礦山，通常這么做觸犯法律。包括寶馬在內(nèi)的一些公司都制定嚴(yán)格的政策來督促其鈷供應(yīng)商，而其它一些電動(dòng)車生產(chǎn)廠家并不這樣做。

 

這一切最簡單的解決辦法就是開發(fā)廉價(jià)的常用金屬如鐵和銅的替代類型的電極。在美國亞特蘭大佐治亞理工學(xué)院Gleb Yushin教授及其同事看來，最有希望的“替代電極材料”（Conversion-type cathode materials），如銅或鐵的氟化物或者硅。它們通過化學(xué)方式儲(chǔ)存鋰，但這項(xiàng)技術(shù)仍處于早期階段。要實(shí)際應(yīng)用必須克服穩(wěn)定性、充電速度和制造方面的問題。Gleb Yushin教授呼吁材料科學(xué)家、工程師和資助機(jī)構(gòu)優(yōu)先研究和開發(fā)基于豐富元素的電極。否則，電動(dòng)汽車的推廣將在十年內(nèi)遭受重創(chuàng)。

 

 

鎳和鈷稀缺且昂貴

 

當(dāng)前電動(dòng)汽車的商用電池中，鋰離子被束縛在組成電極的晶體中的微小空隙中（這些被稱為插層電極）。負(fù)極通常由石墨制成，正極則由金屬氧化物構(gòu)成。

 

常見的三元正極材料包括鎳鈷鋁氧化物（NCA，例如LiNi0.8Co0.15Al0.05O2）或鎳鈷錳氧化物（NCM，例如LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2或LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2）。100kg的鋰離子動(dòng)力電池正極材料通常需要6~12kg的鈷和36~48kg的鎳。而鈷通常是銅和鎳開采的副產(chǎn)品，也需要復(fù)雜的工藝與其它金屬分離，大多數(shù)礦床僅含有0.003%的鈷金屬，很少有鈷礦藏集中到值得開采的程度。于是盡管地球上存儲(chǔ)的1015噸鈷中，只有107噸可以利用。同樣，全球1015噸鎳儲(chǔ)量中也只有108噸具有商業(yè)開采價(jià)值。

 

現(xiàn)在只有少數(shù)地方發(fā)現(xiàn)了富鈷礦物。非洲剛果（DRC）提供了2015年全球14.8萬噸鈷中的一半（56%）。其中大部分流向中國，中國擁有20萬至40萬噸的鈷的庫存。澳大利亞擁有全球14%的鈷儲(chǔ)量，已經(jīng)可以從深海海底開采出來，但在這樣的開采成本、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)都太高，尚不能充分開發(fā)利用。

 

同樣，鎳的生產(chǎn)也由十幾個(gè)國家主導(dǎo)。2017年，印度尼西亞、菲律賓、加拿大、新喀里多尼亞、俄羅斯和澳大利亞共同供應(yīng)了全球210萬噸礦石中的72%。但其中不到十分之一用于鋰電池；其余的主要用于鋼鐵和電子產(chǎn)品。盡管鎳的提取成本低于鈷，但2015年以來，需求的增長已將鎳價(jià)格從每公斤9美元提高到14美元，漲幅約為50%。鈷和鎳都經(jīng)歷了突然的價(jià)格上漲和崩潰。例如，澳大利亞供應(yīng)中斷，中國對鋼鐵的需求增加，對沖基金經(jīng)理的投機(jī)行為導(dǎo)致鎳價(jià)格上漲5倍，而在2008-2009年鈷價(jià)格上漲3倍。