瞻觀前沿

鋰離子電池是當今世界廣泛使用的一類可充電電池。可能妨礙這些電池功能的過程之一是陰極和陽極(完成電池內(nèi)電路的導(dǎo)體)之間的直接接觸引起的內(nèi)部短路。最近發(fā)表在《儲能材料》上的一項研究表明，在聚丙烯 (PP)隔膜上成功進行了接枝聚合，其中包含均勻的二氧化硅 (SiO 2 ) 層。這一發(fā)現(xiàn)是仁川國立大學(xué)能源與化學(xué)工程系助理教授 Jeongsik Yun 聯(lián)合研究的結(jié)果。

在本研究中，對PP隔板進行了多種改進。這些修改不僅保留了鋰離子電池單位體積的能量存儲，而且在電池性能方面優(yōu)于其他涂層方法。因此，這項技術(shù)有望創(chuàng)造出堅固的隔膜，并推動鋰離子電池在電動汽車和儲能系統(tǒng)中的使用。

Jeongsik Yun設(shè)想道，我們希望這項研究的結(jié)果能夠使高安全性鋰電池的開發(fā)成為可能。我們相信這些電池的熱穩(wěn)定性將大大有利于當前對火敏感的電動汽車領(lǐng)域。從長遠來看，這可以激勵人們選擇電動汽車，并在城市地區(qū)減少人們因呼吸內(nèi)燃機產(chǎn)生的污染空氣而遭受的痛苦。

總之，這項研究提出了一種可靠的方法來創(chuàng)建創(chuàng)新且耐用的鋰離子電池隔膜，有可能為更綠色的未來鋪平道路。

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。

研究人員為了提高鋰電池的安全性，在聚丙烯 (PP)隔膜上成功進行了接枝聚合，這是一種鋰離子電池隔膜。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)，對原材料隔膜產(chǎn)生較大影響。

宏觀市場觀察

——鋰電池技術(shù)全景圖：四大細分技術(shù)領(lǐng)域

從鋰電池構(gòu)成來看，鋰電池技術(shù)主要包括正極材料、負極材料、電解質(zhì)和隔膜四個主要細分技術(shù)領(lǐng)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(zhì)主要包括液態(tài)電解質(zhì)、固液復(fù)合電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì);隔膜主要包括干法隔膜和濕法隔膜。

——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。

——鋰離子電池安全問題亟待解決

另一方面，鋰離子電池安全問題也是鋰離子電池技術(shù)發(fā)展的痛點之一。鋰離子電池安全問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)部具有很強的燃爆條件，其內(nèi)部的易燃性材料如低熔點可燃有機脂類化合物、石墨負極材料都會成為相應(yīng)的燃料，在充放電以及運行過程中不當?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。

——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(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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