新能源汽车是指采用新型动力系统，完全或主要依靠新型能源驱动的汽车，其中电驱动汽车主要包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车。动力电池系统是电驱动汽车的核心部件，是电驱动电池的动力源，其关键技术及材料的研究和规划是新能源汽车发展的关键所在。
能源危机，孰能破局？
为应对日益突出的燃油供求矛盾和环境污染问题，世界主要汽车生产国纷纷加快部署，将发展新能源汽车作为国家战略，加快推进技术研发和产业化，同时大力发展和推广应用汽车节能技术。节能与新能源汽车已成为国际汽车产业的发展方向，未来几年将迎来全球汽车产业转型升级的重要战略机遇期。
作为动力电池系统的核心——锂离子电池，是基于锂原电池基础发展起来的一类二次电池，实际上是一类锂离子浓差电池。锂离子电池具有输出电压高、能量密度大、自放电小、安全性高和循环寿命长等优点，在航空航天、动力能源和便携式设备等方面有着广泛的应用。1992年，日本索尼公司研发的第一代商业锂离子电池，采用LiCoO2作为正极，石墨碳作为负极，中间充满了含锂电解液。其工作原理示意如图1所示。
在充放电过程中，正负极间发生的电极反应如下：
放电过程中，锂离子嵌入石墨层间，正极脱锂；充电过程中，锂离子嵌入正极，负极脱锂。从充放电过程可以看出，要维持锂离子电池的长久高效运转，电极材料应该首先具备稳定的结构，在充放电过程中不易坍塌受损。另外，在保持高稳定性的同时，提高锂离子电池的功率密度和能量密度是重中之重。除了组装工艺以外，限制锂离子电池容量的关键因素是电极材料的自身性质。常见电极材料的性质如表1所示。
在当前行业中，均衡电池性能、成本和安全性成为各个厂家的必争之地，优化材料选型、制备工艺、成组效率等成为目前的关键技术点。
国外强企，虎视眈眈
当前，中、日、美、德等汽车强国纷纷制定车用动力电池的国家级规划（表2），对动力电池的研发及产业化给予大力支持，以推动动力电池技术的快速进步和市场应用。
为应对来自国际市场的挑战，我国加速了对行业的扶持和引导。在国家层面，我国的动力电池技术规划历程如下：
2012年6月28日，国务院颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020）》，其技术目标为：到2020年，电池模块的能量密度达到300Wh/kg以上，成本降至1.5元/Wh以下。
2015年5月19日，发改委、工信部在节能与新能源汽车领域确定的技术目标为：2020年锂电池能量密度达到300 Wh/kg；2025年达到400 Wh/kg；2030年达到500Wh/kg。
“十三五”计划——新能源汽车重点研发专项（2016—2020），其考核目标为：产业化的锂离子电池能量密度≥300Wh/kg，成本≤0.8元/Wh；新型锂离子电池能量密度≥400Wh/kg，新体系电池能量密度≥500Wh/kg。
2017年4月，工信部、发改委和科技部联合印发的《汽车产业中长期发展规划》提出：到2020年，新能源汽车动力电池单体能量密度达到300Wh/kg以上，力争实现350Wh/kg，系统能量密度力争达到260Wh/kg；到2025年，动力电池系统能量密度达到350Wh/kg。
自主创新，奋发图强
长续航、快充电正成为新能源市场追逐的目标。长续航意味着更高的电池能量密度。目前动力型的电池以发展磷酸铁锂和三元材料为主。以宁德时代和比亚迪为代表的厂家采用CTP技术、刀片电池技术等提高成组率，在磷酸铁锂单体能量密度接近理论极限的前提下提高整包能量密度。在三元材料发展方面，目前主机厂采用高镍、高电压三元和负极硅碳等降低辅材用量，进一步优化电池材料组成，以提升活性物质占比，从而提高电池能量密度。全球动力电池技术路线如图2所示。
国内乘用车三元材料与磷酸铁锂装机量统计如图3所示。从近年来国内新能源装机量来看，三元材料逐渐占据市场的大部分份额。三元材料由于在电池能量密度、材料成本等方面具有较大优势，被广泛应用于乘用车。随着乘用车装机比重崛起，三元锂电池的市场也相应打开。
重重挑战，路在何方？
《汽车产业中长期发展规划》提出，随着新型工业化、城镇化的加快推进和海外新兴汽车市场的发展，我国汽车产量仍将保持平稳增长，预计2020年将达到3000万辆左右；2025年将达到3500万辆左右，其中新能源汽车占比达到20%，达到700万辆。为了应对日益激烈的国内外市场竞争，如何提高电驱动汽车性价比（里程/成本比），满足人们绿色、便捷、美好出行的需求成为各厂家需要思考的关键所在。
系统的解决方案中，改善电池性能极为关键。为针对性解决充电、里程焦虑以及安全性的问题，需要从电池的基本原理出发，充分研究材料特性，做好设计优化和集成。
为解决里程焦虑问题，需要进一步增加电池系统的电量和能耗管理。然而整车中给予电池系统的空间有限，因此，如何在特定空间内尽可能增加电池电量成为一大难题。当前行业主要通过发展高能量密度的电极材料来攻克难关。高镍体系材料和固态电池的逐步应用加速了长里程的目标实现。目前电动车里程已经能够达到600公里以上，逼近燃油车水平。
充电便捷性是用户关注的另一痛点，如何在短时间内充电获得更多里程的续航是一大挑战。这需要电池有着稳定的结构，能够接受大倍率充电且不失效。在当前体系不变的情况下，优化充电策略是实现缩短电池充电时间的有效方法。然而从长远来看，开发新型电池材料体系是解决问题的关键。负极体系的优化（如硅碳材料的应用，引入高离子电导率的电解液等），可以缩短离子传输途径，从而实现大倍率快充。同时，燃料电池的推广使用也可以提升新能源汽车使用的便捷性。
然而，大容量和大倍率充电势必带来安全隐患。目前电池行业主要的努力方向为：开发耐高压、高稳定性电解液以及耐热型隔膜，保障在运行过程中电池不易分解产气，避免隔膜刺穿导致内短路引起热失控；开发新型电池安全技术（如刀片电池技术），降低单位面积上的电池能量密度，并加强散热，保证电池短路后不进一步失控；开发固态电池技术，采用固态电解质替代传导液态电解质，防止锂枝晶的产生，降低内部失效风险。
秉灯前行，扬帆起航
电动汽车的不断普及，在一定程度上可以缓解燃油车过度消耗化石能源所带来的环境污染和能源短缺问题，为绿色可持续发展道路带来新的契机。电池技术的应用实现了化学能到电能的相互转化，新材料的开发为未来的电动化、智能化提供了更多的可能。未来我国仍将坚持“发展新能源汽车”这一国家战略，双轮驱动，建立完善新能源体系，为人们带来更加绿色、便捷、智慧的出行生活。