瞻觀前沿

為了制造更好的電動(dòng)汽車電池，美國(guó)能源部 (DOE) 布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家使用電解質(zhì)添加劑來(lái)改善高能量密度鋰金屬電池的功能。通過(guò)在分隔電池陽(yáng)極和陰極的電解質(zhì)中添加一種名為硝酸銫的化合物，研究團(tuán)隊(duì)顯著提高了鋰金屬電池的充電速率，同時(shí)保持了較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。該團(tuán)隊(duì)的新工作最近發(fā)表在《自然通訊》上，其目標(biāo)是界面——電池陽(yáng)極和陰極上形成的保護(hù)層。該層可防止電池電極退化，是制造可與鋰離子電池一樣充電和放電次數(shù)的鋰金屬電池的關(guān)鍵。

布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的最新研究解決了其中一個(gè)挑戰(zhàn)——在充電速度和循環(huán)壽命之間取得平衡。通常能夠?qū)崿F(xiàn)電池快速充電的電解質(zhì)也可能與鋰金屬陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)。如果這些化學(xué)反應(yīng)不受控制地進(jìn)行，電解質(zhì)就會(huì)分解并縮短電池的循環(huán)壽命。為了防止這種情況發(fā)生，布魯克海文的化學(xué)家著手設(shè)計(jì)界面。

先前的研究表明，鋰金屬陽(yáng)極可以用銫添加劑來(lái)穩(wěn)定。但為了提高充電速率同時(shí)保持電池循環(huán)壽命，陽(yáng)極和陰極需要同時(shí)穩(wěn)定。布魯克海文的科學(xué)家相信硝酸銫可以用于鋰金屬電池的這一目的。正如他們所假設(shè)的，正銫離子積聚在電池帶負(fù)電的鋰金屬陽(yáng)極側(cè)，而負(fù)硝酸根離子積聚在帶正電的陰極上。

圖片來(lái)源：攝圖網(wǎng)

技術(shù)價(jià)值觀察

鋰電池行業(yè)上游的原材料主要包括正負(fù)極材料、電解液、隔離膜等。其中，正極材料是鋰電池最為關(guān)鍵的原材料，直接決定了電池的安全性能和電池能否大型化，同時(shí)也是鋰電池成本占比最高的材料，約占鋰電池電芯材料成本的40%左右。鋰電池行業(yè)的中游包括電池系統(tǒng)的研發(fā)制造、電池系統(tǒng)集成組裝等。鋰電池行業(yè)下游的應(yīng)用領(lǐng)域主要為消費(fèi)電池、動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池。

研究人員利用銫添加劑來(lái)穩(wěn)定鋰金屬陰陽(yáng)極，提高了鋰電池充電速率同時(shí)保持電池循環(huán)壽命。因此，從鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈上看，該技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)。

宏觀市場(chǎng)觀察

——鋰電池的類型

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：

——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。

——中國(guó)鋰電池企業(yè)全球?qū)＠钴S度

從全球鋰電池行業(yè)專利申請(qǐng)數(shù)量排名來(lái)看，前十申請(qǐng)人中有五家是中國(guó)的企業(yè)，可見中國(guó)企業(yè)在全球鋰電池技術(shù)創(chuàng)新活躍性較高。分別是國(guó)軒高科、比亞迪、國(guó)家電網(wǎng)、珠海冠宇和寧德時(shí)代。其中，國(guó)軒高科以2410項(xiàng)專利申請(qǐng)數(shù)量排名全球第二。

——企業(yè)核心技術(shù)布局

從企業(yè)技術(shù)布局情況來(lái)看，目前我國(guó)鋰電池企業(yè)均有布局三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。其中，寧德時(shí)代主要以三元鋰電池為主，比亞迪以磷酸鐵鋰電池為主。

——鋰電池企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)態(tài)

從我國(guó)鋰電池行業(yè)企業(yè)最新技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)態(tài)來(lái)看，目前我們鋰電池企業(yè)在鋰電池技術(shù)上不斷尋求突破，例如寧德時(shí)代凝聚態(tài)電池、國(guó)軒高科磷酸錳鐵鋰電池和半固態(tài)電池以及中創(chuàng)新航的頂流圓柱電池。

——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(shì)向好。

中國(guó)鋰電池技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，與鋰電池關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)關(guān)聯(lián)的城市集群主要集中在華南地區(qū)，并且以深圳、東莞市為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，未來(lái)鋰電池技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展路徑，極大可能性在于華南地區(qū)優(yōu)先導(dǎo)入，其中可重點(diǎn)關(guān)注廣東省深圳市龍華區(qū)、廣東省東莞市所處鋰電池的相關(guān)企業(yè)，以及該地方對(duì)于鋰電池的產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資環(huán)境、供給市場(chǎng)的潛力空間。

經(jīng)濟(jì)學(xué)人APP資訊組

看完覺(jué)得寫得好的，不防打賞一元，以支持藍(lán)海情報(bào)網(wǎng)揭秘更多好的項(xiàng)目。

標(biāo)簽： 鋰電池 電池 材料 隨筆