汽车电动化，电池先行( 二 ) 电动汽车的时代近在眼前。今

锂离子电池的正极通常是一层薄薄的由微尺度晶体构成的粘性物，与地壳和地幔中自然形成的矿物结构非常类似，比如橄榄石和尖晶石。这些晶体将带负电的氧离子和带正电的锂离子及其他金属离子（在大多数电动汽车中是镍、锰、钴的混合物）配对。在电池充电的过程中，锂离子会从这些氧化物晶体中脱嵌，并转移到石墨负极，嵌入碳原子层间储存起来（详见“电动汽车之心”）。

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电汽车之心|AdaptedfromG.Harperetal.Nature575,75–86(2019)和G.Offeretal.Nature582,485–487(2020).
锂本身并不稀缺。 BNEF在6月发布的一份报告[2]中预计，现有金属的储量（美国地质调查局的数据为2100万公吨）足够推动电动汽车化转变直至本世纪中期。储量本身也不是一个固定的概念，因为其代表了某一资源以现在的价格、并在当下的技术条件和法规要求上能够被经济地开采利用的数量。对于大多数材料而言，当需求上涨后，其储量也会逐渐提高。
随着汽车电动化，如何扩大锂生产的规模以满足其需求成了一大挑战。 Ampofo说：“对锂的需求在2020到2030年间将增长7倍。 ”
他还说，这一增长会造成临时的锂短缺和大幅度的价格动荡。但是市场的小振动并不会对长期图景产生很大影响。 “当加工处理的能力得到提升，这些短缺自然就会被解决。 ”加州电力研究所的储能专家HareshKamath说。

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玻利维亚乌尤尼盐沼的锂矿|WikimediaCommons,Coordena??o-GeraldeObserva??odaTerra/INPE/CCBY-SA2.0(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0)
加速的锂矿开采也带来了一些环境问题：现在的锂提取工艺需要消耗大量的能量（用于将锂从石头中提取出来）和水（用于从盐水中提取）。更现代化的技术可以通过地热能的驱动将锂从地热水中提取出来，这一方式对环境更为友好。尽管会付出一些环境上的代价，但开采锂盐有助于替代破坏性的化石燃料提取。
研究者们更担心的是钴，这是现在的EV电池中最昂贵的组分。全球三分之二的钴的供应都来自于刚果民主共和国。人权活动者们对那里的状况非常关注和担忧，尤其是雇佣童工和对工人健康的危害。
和其他重金属一样，如果不能妥善处理，钴的毒性很大。人们也可以利用其他的钴来源，比如在海床上发现的富含金属的“结核” ，但是这对其环境也有一定危害。除此之外， EV电池的另一主要成分，镍，也有可能面临短缺[3] 。
管理金属
为了解决这些原料问题，许多实验室都在研发低钴或者无钴的电极。但是，正极材料的设计必须足够精细，以保证即使在充电过程中一半以上的锂离子都脱嵌后，其晶体结构也不会被破坏。得克萨斯大学奥斯汀分校的材料科学家ArumugamManthiram指出，如果完全放弃钴成分，电池的能量密度通常都会下降，因为钴的缺失改变了正极的晶体结构及其与锂离子的结合力。
包括Manthiram在内，很多研究者都解决了这一问题（至少是在实验室中）：他们表明。钴可以从正极中被移去，而电池的性能不会受到影响[4] 。 “我们所报道的无钴材料具有和锂钴氧化物相同的晶体结构，因此能达到相同的能量密度。 ”Manthiram说，并表示其性能甚至更好。
为了合成这一材料， Manthiram的团队精细调控了正极的生成方法，加入了少量的其他金属，同时保留了正极中的钴氧化物晶体结构。 Manthiram表示，这一工艺可以被直接应用到现在的工厂中，并且他们成立了一家创业公司TexPower ，预计在未来两年间将其推向市场。世界各地的实验室也都在研究无钴电池：尤其是电动汽车制造的先驱特斯拉，称计划于未来几年内消除电池中的金属成分。