瞻觀前沿

近日，據(jù)科技日?qǐng)?bào)報(bào)道，英國(guó)利物浦大學(xué)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種能快速傳導(dǎo)鋰離子的固體材料，有望用于研制可持續(xù)電池。相關(guān)論文發(fā)表在新一期《科學(xué)》雜志上。

研究團(tuán)隊(duì)使用協(xié)同計(jì)算和人工智能（AI）等變革性的方法，設(shè)計(jì)并在實(shí)驗(yàn)室中合成出這一新材料，并確定了新材料的結(jié)構(gòu)。這種新型電解質(zhì)由無(wú)毒的稀土元素組成，擁有足夠高的鋰離子電導(dǎo)率，可取代液體電解質(zhì)，從而提高鋰離子電池的安全性和能量密度。

研究團(tuán)隊(duì)表示，新材料能以不同于液體電解質(zhì)的方式工作，其結(jié)構(gòu)改變了以前對(duì)高性能固態(tài)電解質(zhì)的理解。利物浦大學(xué)化學(xué)系馬特·羅塞因斯基教授稱(chēng)，新材料性能比那些只能為離子提供狹窄空間的固體更優(yōu)異。

研究團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)，很多科學(xué)家正在使用AI工具搜尋新材料，AI正在改變材料研發(fā)的范式。在最新研究中，他們借助AI工具尋找能將不同材料區(qū)分出來(lái)的成分和結(jié)構(gòu)差異，并評(píng)估這些差異對(duì)材料性能的影響。這一顛覆性設(shè)計(jì)方法為發(fā)現(xiàn)更多高性能固體材料提供了新途徑。

圖源：攝圖網(wǎng)

技術(shù)價(jià)值觀察

這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)的新型固體材料具有快速傳導(dǎo)鋰離子、由無(wú)毒稀土元素組成、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新等特點(diǎn)，有望應(yīng)用于可持續(xù)電池的研發(fā)。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)借助AI工具進(jìn)行材料研發(fā)，為發(fā)現(xiàn)更多高性能固體材料提供了新途徑，展現(xiàn)了材料科學(xué)與人工智能相結(jié)合的前沿研究方向。

該成果位于產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)。正極材料是鋰離子電池最為關(guān)鍵的原材料，鋰電池正極材料上游為鋰、鈷、鎳等礦物原材料，結(jié)合導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等制成前驅(qū)體。前驅(qū)體經(jīng)過(guò)一定工藝合成后制得正極材料，應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。鋰電池正極材料是鋰電池電化學(xué)性能的決定性因素，對(duì)電池的能量密度及安全性能起主導(dǎo)作用，且正極材料的成本占比也較高。目前，全球主流的鋰電池正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰與三元材料等四種。下游鋰電池制造領(lǐng)域主要分為動(dòng)力鋰電池、消費(fèi)鋰電池與儲(chǔ)能鋰電池，最終應(yīng)用于新能源汽車(chē)、手機(jī)、便捷式電腦與儲(chǔ)電站等領(lǐng)域。

宏觀市場(chǎng)觀察

行業(yè)技術(shù)更新迭代快

從鋰電池正極材料的制作技術(shù)上來(lái)看，2006年以前，中國(guó)主要采用高溫相固法進(jìn)行正極材料的大規(guī)模生產(chǎn)，2006年之后，中國(guó)研制出了控制結(jié)晶/固相反應(yīng)工藝，以控制結(jié)晶制備前驅(qū)體為技術(shù)核心，從4個(gè)層面對(duì)材料結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行優(yōu)化，目前，該技術(shù)已經(jīng)成為了國(guó)際上正極材料行業(yè)的主流生產(chǎn)技術(shù)工藝。

德方納米和廈門(mén)鎢業(yè)行業(yè)領(lǐng)先，行業(yè)市場(chǎng)集中度不高

從產(chǎn)量來(lái)看，2021年，中國(guó)鋰電池正極材料行業(yè)市場(chǎng)份額排名前三的企業(yè)分別是德方納米、長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科與容百科技，市場(chǎng)份額分別為8.84%，6.91%與6.52%。

鋰電池正極材料市場(chǎng)潛力巨大，未來(lái)有望保持高速增長(zhǎng)

鋰電池正極材料應(yīng)用前景廣闊，未來(lái)主要發(fā)展驅(qū)動(dòng)主要來(lái)自動(dòng)力電池以及儲(chǔ)能電池。尤其在新能源汽車(chē)鋰電池方面，隨著國(guó)家新能源汽車(chē)政策規(guī)劃出臺(tái)，行業(yè)需求將出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。儲(chǔ)能市場(chǎng)方面具備較大挖掘潛力。目前最具開(kāi)發(fā)潛力的主要是風(fēng)光電場(chǎng)、商業(yè)化削峰填谷電力項(xiàng)目、傳統(tǒng)電廠和微電網(wǎng)等下游市場(chǎng)，可再生能源的加速建設(shè)，使得儲(chǔ)能的商業(yè)化應(yīng)用更加迫切。

綜合鋰電池正極材料未來(lái)在動(dòng)力電池、消費(fèi)電池、儲(chǔ)能電池三個(gè)方面應(yīng)用情況，初步預(yù)測(cè)到2027年，鋰電池正極材料市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到14470億元。

中國(guó)電池材料技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，目前電池材料關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)相關(guān)的城市集群主要集中在京津地區(qū)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)和華南地區(qū)，尤其是廣東省成為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域。這些城市群已投入大量政策、資金、環(huán)境和人才資源用于電池材料，成為潛在的電池材料技術(shù)發(fā)展中心。根據(jù)熱力圖的分布華南地區(qū)有極大的可能性成為電池材料技術(shù)的先導(dǎo)區(qū)域。重點(diǎn)關(guān)注廣東省深圳市龍華區(qū)和寶安區(qū)、廣州市天河區(qū)、湖南省長(zhǎng)沙市芙蓉區(qū)等地的相關(guān)企業(yè)，以及這些地方對(duì)電池材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的投資環(huán)境和潛力市場(chǎng)。

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