電池的應(yīng)用不僅需要能量密度，還需功率密度、充電速率、循環(huán)壽命、服役年限、能量效率、安全性指數(shù)、單體電池成本等其他技術(shù)指標(biāo)，電池能否應(yīng)用取決于某項技術(shù)指標(biāo)能否滿足應(yīng)用的最低要求，稱之為電池的“木桶效應(yīng)”。圖5(a)展示不同應(yīng)用領(lǐng)域主要技術(shù)指標(biāo)的蜘蛛圖，圖5(b)展示純電動汽車各個指標(biāo)期望值與目前實際值的蜘蛛圖。目前水平與期望值差距較大，需要開發(fā)新的動力電池技術(shù)。

鋰離子電池綜合技術(shù)指標(biāo)蜘蛛圖(a)不同應(yīng)用領(lǐng)域；(b)純電動車?yán)硐胫蹬c實際值

從數(shù)據(jù)看未來

從 1990年到現(xiàn)在，電池實際能量密度的提高主要是提高正負(fù)極活性物質(zhì)在電池中的質(zhì)量比例，降低非活性物質(zhì)的質(zhì)量比。技術(shù)方面，目前的確還有可能進(jìn)一步降低隔膜、Cu、Al 箔的厚度和質(zhì)量以及封裝材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但挑戰(zhàn)非常大。選擇新的正負(fù)極材料體系，成為提高電池能量密度相對更容易的技術(shù)選擇。

從計算的結(jié)果可以看出，采用高容量的硅碳負(fù)極，富鋰錳基正極，18650電池能量密度可以達(dá)到442Wh kg^-1，相應(yīng)的電芯價格可以降到0.4元/瓦時，能很好地滿足純電動車對續(xù)航以及成本控制的要求。而采用富鋰錳基的金屬理離子電池的電芯質(zhì)量能量密度最高，可以達(dá)到 521 Wh kg^-1 ，成本可以降到0.2元/瓦時。目前采用液態(tài)電解質(zhì)的可充放金屬理電池存在較大的技術(shù)瓶頸，主要是金屬理與液體電解液的化學(xué)與電化學(xué)副反應(yīng)，后續(xù)固態(tài)電池將有望解決這些難題。

需要注意的是，提升能量密度的同時還需滿足其它性能指標(biāo)的要求，這需要復(fù)雜艱巨的科學(xué)與技術(shù)的研究，充滿挑戰(zhàn)，但又富有強(qiáng)大的吸引力。