瞻觀前沿

如今的電動汽車一次充電可以行駛700公里左右，而研究人員的目標是電池續(xù)航里程達到1000公里。研究人員正在探索將以高存儲容量著稱的硅用作電動汽車鋰離子電池的陽極材料。然而，盡管硅具有潛力，但將其投入實際應(yīng)用仍然是研究人員仍在努力解決的難題。

浦項科技大學化學系的Soojin Park教授、博士候選人Je Minjun和Hye Bin Son博士。他們破解了密碼，使用微硅顆粒和凝膠聚合物電解質(zhì)開發(fā)了一種便于攜帶、堅如磐石的下一代高能量密度鋰離子電池系統(tǒng)。這項工作發(fā)表在《先進科學》雜志上。

研究團隊應(yīng)用凝膠聚合物電解質(zhì)開發(fā)了一種經(jīng)濟穩(wěn)定的硅基電池系統(tǒng)。鋰離子電池中的電解質(zhì)是一個關(guān)鍵部件，有助于離子在陰極和陽極之間的移動。與傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)不同，凝膠電解質(zhì)以固態(tài)或凝膠狀態(tài)存在，其特征在于彈性聚合物結(jié)構(gòu)比液體電解質(zhì)具有更好的穩(wěn)定性。

結(jié)果是顯著的：即使使用比傳統(tǒng)納米硅陽極大一百倍的微硅顆粒(5μm)，電池也表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能。此外，研究團隊開發(fā)的硅凝膠電解質(zhì)系統(tǒng)表現(xiàn)出與使用液體電解質(zhì)的傳統(tǒng)電池相似的離子導(dǎo)電性，能量密度提高了約40%。此外，該團隊的系統(tǒng)具有顯著的價值，因為其簡單的制造過程可以立即應(yīng)用。

Soojin Park教授強調(diào)，我們使用了微硅陽極，但我們擁有穩(wěn)定的電池。這項研究使我們更接近真正的高能量密度鋰離子電池系統(tǒng)。

圖片來源：浦項科技大學

技術(shù)價值觀察

鋰電池行業(yè)上游的原材料主要包括正負極材料、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)域主要為消費電池、動力電池和儲能電池。

研究團隊應(yīng)用凝膠聚合物電解質(zhì)開發(fā)出經(jīng)濟且穩(wěn)定的硅基電池系統(tǒng)，是電動汽車的電池續(xù)航里程1000公里成為可能。因此，從鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈上看，該技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈的上游原材料環(huán)節(jié)。

宏觀市場觀察

——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：

——鋰電池行業(yè)主要技術(shù)對比

根據(jù)鋰電池正極材料的不同，鋰電池可分為磷酸鐵鋰電池和三元電池。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)、消費電子、醫(yī)療等場景。

按電解質(zhì)的不同，鋰電池可分為液態(tài)鋰電池和固態(tài)鋰電池。固態(tài)鋰電池和傳統(tǒng)的鋰電池最主要的區(qū)別在于固態(tài)電池電解質(zhì)為固態(tài)，相當于鋰離子遷移的場所轉(zhuǎn)到了固態(tài)的電解質(zhì)中。固態(tài)電池的優(yōu)勢主要有能量密度較高、熱穩(wěn)定性較好等。

——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)革新來實現(xiàn)。其中，鋰電池材料體系的迭代升級包括正負極材料、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。

中國鋰電池技術(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)強關(guān)聯(lián)的城市集群主要集中在華南和華東地區(qū)，并且以廣東、江蘇省市為重點發(fā)展區(qū)域，未來鋰電池技術(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、華東地區(qū)優(yōu)先導(dǎo)入，其中可重點關(guān)注廣東省深圳市龍華區(qū)、寶安區(qū)及江蘇省揚州市高郵市所處鋰電池的相關(guān)企業(yè)，以及該地方對于鋰電池的產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資環(huán)境、供給市場的潛力空間。

經(jīng)濟學人APP資訊組

看完覺得寫得好的，不防打賞一元，以支持藍海情報網(wǎng)揭秘更多好的項目。

標簽： 鋰電池 電解質(zhì) 電池 隨筆