預(yù)見2023：《2022年中國鋰電池技術(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)極之間移動來工作。在充放電過程中，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
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)域等不同分類方式，可將鋰電池分為以下幾類：
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，我國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)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目
據(jù)已公開的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，2018-2021年我國鋰電池技術(shù)相關(guān)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目共計(jì)18項(xiàng)。國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資金來源為中央財(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)過多年發(fā)展，產(chǎn)品相對成熟，但行業(yè)整體研發(fā)投入水平不算太高。從A股市場來看，2017-2021年，我國鋰電池板塊上市公司研發(fā)總費(fèi)用逐年增長，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)量來看，2010年至今我國鋰電池相關(guān)論文發(fā)表數(shù)量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢，可見鋰電池科研熱度持續(xù)走高。截至2021年8月，我國已有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)
通過創(chuàng)新詞云可以了解鋰電池技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)最熱門的技術(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。通過智慧芽提取該技術(shù)領(lǐng)域中最近5000條專利中最常見的關(guān)鍵詞，其中，正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)、集流體等關(guān)鍵詞涉及的專利數(shù)量較多，說明鋰電池領(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)專利聚焦領(lǐng)域
從鋰電池專利聚焦的領(lǐng)域看，目前鋰電池專利聚焦領(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)勢明顯。因此，磷酸鐵鋰電池技術(shù)更適合用于中短距離用車(中低端車型)、電動自行車、儲能等場景;三元鋰電池技術(shù)更適用于長距離用車(高端車型)、消費(fèi)電子、醫(yī)療等場景。
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正極材料來繼續(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)展帶來了重大挑戰(zhàn)。
(2)鋰離子電池安全問題亟待解決
另一方面，鋰離子電池安全問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)脂類化合物、石墨負(fù)極材料都會成為相應(yīng)的“燃料”，在充放電以及運(yùn)行過程中不當(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：短期提高電池能量密度、長期技術(shù)路線多元化
短期內(nèi)，提高鋰電池能量密度主要通過對現(xiàn)有材料體系的迭代升級和電池結(jié)構(gòu)革新來實(shí)現(xiàn)。其中，鋰電池材料體系的迭代升級包括正負(fù)極材料、電解液和隔膜的迭代升級;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。
從長期來看，由于磷酸鐵鋰電池能量密度上限較低，并且為了應(yīng)對不同應(yīng)用場景下的不同需求，鋰電池技術(shù)路線將朝多元化方向發(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)路線的發(fā)展趨勢向好。
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