預(yù)見(jiàn)2023：《2022年中國(guó)鋰電池技術(shù)全景圖譜》
鋰電池技術(shù)概況
1、技術(shù)原理及類(lèi)型
(1)鋰電池技術(shù)原理
鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài);放電時(shí)則相反。
(2)鋰電池的分類(lèi)
按照電解質(zhì)材料、電池外形、外包材料、正極材料、應(yīng)用領(lǐng)域等不同分類(lèi)方式，可將鋰電池分為以下幾類(lèi)：
2、技術(shù)全景圖：四大細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域
從鋰電池構(gòu)成來(lái)看，鋰電池技術(shù)主要包括正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)和隔膜四個(gè)主要細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域。其中，正極材料主要包括磷酸鐵鋰、三元正極、錳酸鋰等;負(fù)極材料主要包括碳系材料和非碳系材料;電解質(zhì)主要包括液態(tài)電解質(zhì)、固液復(fù)合電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì);隔膜主要包括干法隔膜和濕法隔膜。
鋰電池技術(shù)發(fā)展歷程：正負(fù)極材料演變拉動(dòng)技術(shù)發(fā)展
從20世紀(jì)70年代第一個(gè)鋰電池出現(xiàn)，到如今五十余年的歲月中，鋰離子電池不斷發(fā)展，負(fù)極材料從鋰金屬發(fā)展到碳材料，再試圖回到鋰金屬;正極材料也不斷豐富，陸續(xù)推出鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等。
鋰電池技術(shù)政策背景：政策加持技術(shù)水平提升
近些年來(lái)，我國(guó)提出了一系列鋰離子電池技術(shù)發(fā)展相關(guān)政策，加速了鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，同時(shí)對(duì)鋰電池的安全性、技術(shù)體系、回收體系做出了規(guī)范，使得鋰電池技術(shù)水平穩(wěn)步提升。
鋰電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1、鋰電池技術(shù)科研投入現(xiàn)狀
(1)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目
據(jù)已公開(kāi)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，2018-2021年我國(guó)鋰電池技術(shù)相關(guān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目共計(jì)18項(xiàng)。國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資金來(lái)源為中央財(cái)政經(jīng)費(fèi)，一個(gè)項(xiàng)目的財(cái)政經(jīng)費(fèi)在2億元以上。
(2)A股上市企業(yè)研發(fā)費(fèi)用
鋰電池行業(yè)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，產(chǎn)品相對(duì)成熟，但行業(yè)整體研發(fā)投入水平不算太高。從A股市場(chǎng)來(lái)看，2017-2021年，我國(guó)鋰電池板塊上市公司研發(fā)總費(fèi)用逐年增長(zhǎng)，2022年第一季度，鋰電池板塊上市公司研發(fā)總費(fèi)用約46.75億元。
2、鋰電池技術(shù)科研創(chuàng)新成果
(1)論文發(fā)表數(shù)量
從鋰電池相關(guān)論文發(fā)表數(shù)量來(lái)看，2010年至今我國(guó)鋰電池相關(guān)論文發(fā)表數(shù)量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)，可見(jiàn)鋰電池科研熱度持續(xù)走高。截至2021年8月，我國(guó)已有69366篇鋰電池相關(guān)論文發(fā)表。
注：統(tǒng)計(jì)時(shí)間截至2022年8月。
(2)技術(shù)創(chuàng)新熱點(diǎn)
通過(guò)創(chuàng)新詞云可以了解鋰電池技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)最熱門(mén)的技術(shù)主題詞，分析該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)最新重點(diǎn)研發(fā)的主題。通過(guò)智慧芽提取該技術(shù)領(lǐng)域中最近5000條專(zhuān)利中最常見(jiàn)的關(guān)鍵詞，其中，正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)、集流體等關(guān)鍵詞涉及的專(zhuān)利數(shù)量較多，說(shuō)明鋰電池領(lǐng)域近期的研發(fā)和創(chuàng)新重點(diǎn)集中于正負(fù)極材料、電解質(zhì)等領(lǐng)域。
(3)專(zhuān)利聚焦領(lǐng)域
從鋰電池專(zhuān)利聚焦的領(lǐng)域看，目前鋰電池專(zhuān)利聚焦領(lǐng)域較明顯，其主要聚焦于鋰電池、鋰離子電池、正極材料、負(fù)極材料、電解液等。
主要鋰電池技術(shù)對(duì)比分析
根據(jù)分析磷酸鐵鋰、三元鋰電池的技術(shù)特性，可以看出磷酸鐵鋰電池在安全性、經(jīng)濟(jì)性、原材料豐富度和循環(huán)壽命方面優(yōu)勢(shì)明顯，而三元鋰電池在能量密度、低溫性能和充電效率方面優(yōu)勢(shì)明顯。因此，磷酸鐵鋰電池技術(shù)更適合用于中短距離用車(chē)(中低端車(chē)型)、電動(dòng)自行車(chē)、儲(chǔ)能等場(chǎng)景;三元鋰電池技術(shù)更適用于長(zhǎng)距離用車(chē)(高端車(chē)型)、消費(fèi)電子、醫(yī)療等場(chǎng)景。
鋰電池技術(shù)發(fā)展痛點(diǎn)及突破
1、鋰電池技術(shù)發(fā)展痛點(diǎn)
(1)缺乏高能量密度的正負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用
盡管鋰離子電池技術(shù)和市場(chǎng)快速發(fā)展使得電池能量密度已有明顯提升，然而缺乏可行的未來(lái)正極材料來(lái)繼續(xù)提高鋰離子電池的能量密度，給鋰離子電池產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)。
(2)鋰離子電池安全問(wèn)題亟待解決
另一方面，鋰離子電池安全問(wèn)題也是鋰離子電池技術(shù)發(fā)展的痛點(diǎn)之一。鋰離子電池安全問(wèn)題的根源主要是電池的熱失控。主要是由于鋰離子電池內(nèi)部具有很強(qiáng)的燃爆條件，其內(nèi)部的易燃性材料如低熔點(diǎn)可燃有機(jī)脂類(lèi)化合物、石墨負(fù)極材料都會(huì)成為相應(yīng)的“燃料”，在充放電以及運(yùn)行過(guò)程中不當(dāng)?shù)臒峁芾韺⒊蔀殇囯姵匕踩鹿实膶?dǎo)火索，最終引發(fā)燃爆事故。
2、鋰電池技術(shù)發(fā)展突破
(1)鋰電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)
鋰電池電芯集成方式的革新是鋰電池的重要結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，例如CTP(Cell To Pack)即跳過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化模組環(huán)節(jié)，直接將電芯集成在電池包上，提高能量密度。
(2)固態(tài)電池技術(shù)
目前，鋰離子電池面臨著安全性差的問(wèn)題，固態(tài)電池可在安全性、能量密度、溫度范圍等方面突破鋰離子電池的局限。
鋰電池技術(shù)發(fā)展方向及趨勢(shì)：短期提高電池能量密度、長(zhǎng)期技術(shù)路線(xiàn)多元化
短期內(nèi)，提高鋰電池能量密度主要通過(guò)對(duì)現(xiàn)有材料體系的迭代升級(jí)和電池結(jié)構(gòu)革新來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，鋰電池材料體系的迭代升級(jí)包括正負(fù)極材料、電解液和隔膜的迭代升級(jí);電池結(jié)構(gòu)革新又包括電芯、模組、封裝方式等的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和精簡(jiǎn)。
從長(zhǎng)期來(lái)看，由于磷酸鐵鋰電池能量密度上限較低，并且為了應(yīng)對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景下的不同需求，鋰電池技術(shù)路線(xiàn)將朝多元化方向發(fā)展。除了酸鐵鋰電池和三元鋰電池之外，固態(tài)電池、磷酸錳鐵鋰電池、富鋰錳基電池等新型鋰電池技術(shù)路線(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)向好。
「前瞻碳中和戰(zhàn)略研究院」聚焦碳中和領(lǐng)域的政策、技術(shù)、產(chǎn)品等開(kāi)展研究，瞄準(zhǔn)國(guó)際科技前沿，服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，圍繞“碳中和”開(kāi)展有組織、有規(guī)劃科研攻關(guān)，促進(jìn)碳中和技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用，為企業(yè)創(chuàng)新找到技術(shù)突破口，為各級(jí)政府提供碳達(dá)峰、碳中和的戰(zhàn)略路徑管理咨詢(xún)和技術(shù)咨詢(xún)。院長(zhǎng)徐文強(qiáng)博士畢業(yè)于美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校，二十余年來(lái)一直深耕于低碳清潔能源和綠色材料領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，擁有55項(xiàng)專(zhuān)利、33篇論文，并已將30多種產(chǎn)品推向市場(chǎng)，創(chuàng)造商業(yè)價(jià)值50+億元，專(zhuān)注于氫能、太陽(yáng)能、儲(chǔ)能等清潔能源研究。
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