新能源汽车的发展对电池的要求越来越高，我国《节能与新能源汽车技术路线图》提出年电池比能量达到Wh/kg，目前的锂离子电池都满足不了此要求。加快新型动力电池的开发势在必行，当前主要进行研发的新一代动力电池包括固态锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池等。

1固态锂离子电池

固态锂离子电池从20世纪50年代就开始研究，但受当时材料技术、制造技术限制，其电性能和安全性不能达到实用化要求。智能电子产品、电动汽车产业要求配套电池性能不断提升，使固态锂离子电池成为近年来研究的重点。固态锂离子电池安全性好、比能量高(可达Wh/kg以上)、循环寿命长、工作温度范围宽、电化学窗口宽(可达5V)。

固态锂离子电池存在的主要问题是倍率性能和低温性能差，主要原因是固态电解质导电率与液态电解质相比差几个数量级，电池内阻大；其次固态电池电化学反应是发生在固/固界面，固/固界面浸润性差，电化学反应离子扩散速率低，造成浓差极化大(过电位高)；再者，电极在充放电过程中通常会膨胀/收缩，导致电极与电解质发生分离，严重时使电池失效。

解决固态电解质与正负极界面以及正负极内部等的传质过慢问题是研究的主要方向，研究内容主要包括对电极/电解质界面结构解析，新型电解质开发，固态界面反应机理，电极成型技术等。目前研究的固态电解质主要分为四种，分别是硫化物电解质、聚合物电解质(PEO类聚合物)、氧化物电解质和无机有机复合物电解质，其中氧化物固态电解质是公认的最终发展方向。

2锂硫电池

硫具有高的理论比容量(mAh/g)，与金属锂构建的锂/硫二次电池理论比能量高达Wh/kg，是最有前景的新一代动力电池之一。在锂硫电池走向实际应用过程中，存在以下问题：

(1)放电过程中间产物聚硫化锂易溶于电解液，电池容量衰减快，循环稳定性差；(2)S和硫化锂都是绝缘体，导电性差；(3)充放电过程中正负极材料体积收缩和膨胀易导致电池损坏；(4)聚硫化锂在正、负极之间的“穿梭反应”，降低充电库仑效率；(5)金属锂电极充放电过程中易形成枝晶与“死锂”，体积变化大，SEI膜反复形成-破裂，消耗电解液，导致电池失效。研究的关键是确保使用Li2S作为正极的电池的长期可靠性以及提高Li2S的利用率，并且负极材料需要与正极材料相匹配：Li2S可匹配石墨或硅(Si)的混合材料；S8匹配金属Li或其合金。

研究的主要内容包括：(1)通过材料复合抑制穿梭效应，并减小电极膨胀：如硫/碳复合(包括碳纤维管、石墨烯等材料)、硫/聚合物复合、硫/金属氧化物复合等；(2)锂硫电池的电解质的研发；(3)通过溅射、表面包覆、合金化、钝化等方法对锂金属负极进行保护。

3.锂空气电池

锂空气电池是以Li作负极、O2为正极的电池，在水溶液体系中放电产物为LiOH，有机体系中放电产物为Li2O或Li2O2，开路电压为2.91V。理论上O2是无限供应的，金属锂比容量为mAh/g，电池理论比能量达到Wh/kg，是现有研究电池中比能量最高的，也是锂离子电池研究的最终方向。空气电极一般使用多孔碳材料(如活性炭、碳纳米管等)，可以产生较多的空气通道。锂空气电池致命缺陷是反应生成物Li2O或Li2O2不溶于有机电解液，会在多孔碳上堆积，阻塞气流通道，阻止电池放电；在有机体系中，电池充电电压远大于放电电压，能量效率低。研究方向和内容主要包括：空气电极的研究和开发；电化学反应低成本催化剂的开发；金属锂的防护；水溶液体系、有机溶液体系以及混合体系的电解液的研究；空气中其他组分的毒化作用的防治和研究等。

总结

新能源汽车对动力电池的要求主要包括：高安全性下的高能量密度需求，体现在与燃油车相比较的一次加油续航里程；快充性能，达到与常规车加油时间相接近；宽温度范围的应用，全天候条件下电池的性能保障；长循环寿命，达到与整车同寿命。新一代锂离子动力电池的研究方向也脱离不了这个范畴，全固态电池是最接近实际应用的动力电池，除了导电率及界面问题的进一步深入研究外，应更多地集中于批量化生产工艺及实车应用测试数据的分析。而对于锂硫电池和锂空气电池等，应注重于机理和电池材料方面的深入研究，首先实现在小型电子设备上的应用，再向动力电池领域拓展。随着技术的发展和科研人员的努力，对新型动力电池机理的深入探索和新材料的不断涌现，动力电池将出现跨越式的发展。