瞻觀前沿

在《科學》雜志上發(fā)表的一篇題??為通過兩個陰離子堆積定義的多重配位環(huán)境進行超離子鋰傳輸?shù)恼撐闹校锲执髮W的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種能夠快速傳導鋰離子的固體材料。這種鋰電解質是為電動汽車和許多電子設備提供動力的可充電電池的重要組成部分。

這種新材料由地球上豐富的無毒元素組成，具有足夠高的鋰離子電導率，可以取代當前鋰離子電池技術中的液體電解質，提高安全性和能量容量。該大學的跨學科研究團隊采用變革性的科學方法來設計這種材料，在實驗室中合成了這種材料，確定了其結構(原子在空間中的排列)，并在電池中進行了演示。

這種新材料是極少數(shù)能夠實現(xiàn)足夠高的鋰離子電導率以取代液體電解質的固體材料之一，并且由于其結構而以新的方式運行。新材料為化學優(yōu)化提供了一個平臺，以進一步增強材料本身的性能，并根據(jù)研究提供的新認識來識別其他材料。

利物浦大學化學系的Matt Rosseinsky教授表示，這項研究證明了一種新型和功能性材料的設計和發(fā)現(xiàn)。這種材料的結構改變了人們以前對高性能固態(tài)電解質的理解。具體來說，具有許多不同離子環(huán)境的固體都可以表現(xiàn)得很好，而不僅僅是離子環(huán)境范圍非常窄的少量固體。這極大地開辟了可用于進一步發(fā)現(xiàn)的化學空間。我們的顛覆性設計方法為發(fā)現(xiàn)這些以及其他依賴于固體中離子快速運動的高性能材料提供了一條新途徑。

圖片來源：利物浦大學

技術價值觀察

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)下游的應用領域主要為消費電池、動力電池和儲能電池。

研究人員發(fā)現(xiàn)一種能夠快速傳導鋰離子的固體材料，具有足夠高的鋰離子電導率，可以取代當前鋰離子電池技術中的液體電解質。因此，從鋰電池產業(yè)鏈上看，該技術處于產業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)。

宏觀市場觀察

——鋰電池技術原理

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極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài);放電時則相反。

——鋰電池技術全景圖：四大細分技術領域

從鋰電池構成來看，鋰電池技術主要包括正極材料、負極材料、電解質和隔膜四個主要細分技術領域。其中，正極材料主要包括磷酸鐵鋰、三元正極、錳酸鋰等;負極材料主要包括碳系材料和非碳系材料;電解質主要包括液態(tài)電解質、固液復合電解質和固態(tài)電解質;隔膜主要包括干法隔膜和濕法隔膜。

——鋰電池結構創(chuàng)新設計

鋰電池電芯集成方式的革新是鋰電池的重要結構創(chuàng)新，例如CTP(Cell To Pack)即跳過標準化模組環(huán)節(jié)，直接將電芯集成在電池包上，提高能量密度。

——鋰電池技術專利聚焦領域

從鋰電池專利聚焦的領域看，目前鋰電池專利聚焦領域較明顯，其主要聚焦于鋰電池、鋰離子電池、正極材料、負極材料、電解液等。

——鋰電池技術發(fā)展方向及趨勢：短期提高電池能量密度、長期技術路線多元化

短期內，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構革新來實現(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;電池結構革新又包括電芯、模組、封裝方式等的結構改進和精簡。

從長期來看，由于磷酸鐵鋰電池能量密度上限較低，并且為了應對不同應用場景下的不同需求，鋰電池技術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路線的發(fā)展趨勢向好。

中國鋰電池技術賽道熱力圖

根據(jù)產業(yè)熱力圖顯示，與鋰電池關鍵技術強關聯(lián)的城市集群主要集中在華南地區(qū)，并且以深圳、東莞市為重點發(fā)展區(qū)域，未來鋰電池技術及其他相關技術的發(fā)展路徑，極大可能性在于華南地區(qū)優(yōu)先導入，其中可重點關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企業(yè)，以及該地方對于鋰電池的產業(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

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標簽： 鋰電池 材料 電解質 隨筆