瞻觀前沿

許多電動汽車由依賴鈷的鋰離子電池提供動力，鈷是一種稀有且昂貴的金屬，具有很高的環(huán)境和社會成本。來自日本和法國大學(xué)的研究小組現(xiàn)已開發(fā)出一種實用的鎳基電極材料，為電動汽車無鈷電池開辟了新途徑。研究人員在《儲能材料》雜志上發(fā)表的一項研究中詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。橫濱國立大學(xué)的Naoaki Yabuuchi表示，無可否認(rèn)，鋰離子電池需要無鈷高能電極材料。

在大多數(shù)便攜式電子產(chǎn)品的鋰離子電池中，正極含有鈷酸鋰 (LiCoO 2 )，這是一種具有高穩(wěn)定性和能量密度的化合物。然而，有限且充滿挑戰(zhàn)的鈷供應(yīng)鏈給大規(guī)模電池(包括電動汽車中使用的電池)造成了瓶頸。此外，鈷提取會產(chǎn)生有毒廢物，污染土地、空氣和水。為了解決這些問題，鎳酸鋰 (LiNiO 2 )(其結(jié)構(gòu)與 LiCoO 2類似)通常用作電極材料的無鈷替代品。然而，關(guān)鍵的不穩(wěn)定問題困擾著該化合物，特別是與鎳離子遷移相關(guān)的高壓區(qū)域的容量逐漸喪失。

在對與納米級磷酸鋰(Li 3 PO 4 )集成的LiNiO 2進(jìn)行詳細(xì)分析后，研究人員觀察到，在某些條件下，由于Li層內(nèi)額外鎳離子的排斥靜電相互作用，有問題的鎳離子遷移得到了有效抑制。此外，根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，還使用簡單的方法合成了缺乏鋰的LiNiO 2，??Li 0.975 Ni 1.025 O 2，??在Li層中具有額外的鎳離子，無需磷整合。結(jié)果還表明，Li 0.975 Ni 1.025 O 2如何有效減輕不利的鎳離子遷移，并在沒有鈷離子的情況下提供一致的可逆性。

Yabuuchi 表示，這些發(fā)現(xiàn)為開發(fā)高性能、實用的無鈷鎳基電極材料開辟了新的方向，方法非常簡單且具有成本效益。這種材料實現(xiàn)了高性能鎳基電極材料的最終目標(biāo)。

圖片來源：攝圖網(wǎng)

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(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、動力電池和儲能電池。

研究人員開發(fā)出一種實用的鎳基電極材料，代替鋰離子電池中的鈷材料。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)，對原材料產(chǎn)生較大影響

宏觀市場觀察

——全球鋰電池細(xì)分市場：動力與儲能鋰電池的市場份額有望提升

鋰電池的細(xì)分市場主要為動力鋰電池、儲能鋰電池和消費(fèi)鋰電池，其中，動力電池的下游應(yīng)用領(lǐng)域主要為新能源汽車，儲能電池的下游應(yīng)用領(lǐng)域主要為電力系統(tǒng)，消費(fèi)電池的下游應(yīng)用領(lǐng)域主要為手機(jī)等消費(fèi)電子。

從全球鋰電池產(chǎn)量來看，動力鋰電池占據(jù)了主要的產(chǎn)量份額，達(dá)到了70.8%，其次是消費(fèi)鋰電池，鋰電池產(chǎn)量市場份額為22.2%，儲能電池的市場份額最小，為7%。隨著全球各國碳達(dá)峰戰(zhàn)略的提出，全球各企業(yè)紛紛部署動力電池與儲能電池產(chǎn)線，新能源汽車與儲能市場的蓬勃發(fā)展有望推動動力鋰電池和儲能鋰電池的市場份額進(jìn)一步提升。

——全球鋰電池需求情況：2025年市場規(guī)模將翻番

根據(jù)Research and Markets調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2020年全球鋰離子電池市場價值約為405億美元，預(yù)計2026年市場將以14.6%的GACR增長，達(dá)到近920億美元的規(guī)模，超過2020年市場規(guī)模的一倍。

——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。

——鋰電池相關(guān)國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目數(shù)量

據(jù)已公開的國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目，2018-2021年我國鋰電池技術(shù)相關(guān)國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目共計18項。國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目的資金來源為中央財政經(jīng)費(fèi)，一個項目的財政經(jīng)費(fèi)在2億元以上。

——鋰電池專利聚焦領(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。

——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。

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(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。

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