瞻觀前沿

在轉(zhuǎn)向綠色能源的過程中，對可充電鋰離子電池的需求正在激增。然而，它們的陰極通常含有鈷，這種金屬的提取會帶來高昂的環(huán)境和社會成本?，F(xiàn)在，美國化學(xué)學(xué)會中央科學(xué)中心的研究人員報告評估了一種地球儲量豐富的碳基陰極材料，該材料可以替代鈷和其他稀有且有毒的金屬，而不會犧牲鋰離子電池的性能。

之前的研究人員已經(jīng)用更豐富、成本更低的含碳材料(包括有機(jī)硫和羰基化合物)開發(fā)了陰極，但這些原型無法與傳統(tǒng)鋰離子電池的能量輸出和穩(wěn)定性相媲美。因此，Mircea Dinc? 和他的同事想看看其他碳基陰極材料是否可以更成功。他們可能在雙四氨基苯醌(TAQ)中找到了一個有價值的候選者。TAQ 分子形成層狀固態(tài)結(jié)構(gòu)，有可能與傳統(tǒng)的鈷基陰極性能競爭。

Dinc? 團(tuán)隊(duì)之前的研究表明 TAQ 作為超級電容器材料的有效性，在此基礎(chǔ)上，Dinc? 的團(tuán)隊(duì)測試了該化合物在鋰離子電池陰極中的應(yīng)用。為了提高循環(huán)穩(wěn)定性并增加 TAQ 對陰極不銹鋼集電器的粘附力，他們在 TAQ 陰極中添加了含纖維素和橡膠的材料。

在研究人員的概念驗(yàn)證演示中，新型復(fù)合陰極安全循環(huán)超過2000次，提供的能量密度高于大多數(shù)鈷基陰極，并且在短短六分鐘內(nèi)完成充放電。

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。

研究人員利用碳基陰極材料代替鈷和其他稀有且有毒的金屬，因此，該技術(shù)處于鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈上游環(huán)節(jié)。

宏觀市場觀察

——鋰電池技術(shù)概況：技術(shù)路線多樣化

目前，鋰電池技術(shù)路線呈現(xiàn)多樣化的特點(diǎn)。根據(jù)正極材料的不同，主流鋰電池技術(shù)路線可分為三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池;根據(jù)封裝方式的不同，鋰電池技術(shù)路線可分為軟包、方形和圓柱;根據(jù)電解質(zhì)的不同，鋰電池技術(shù)路線可分為液態(tài)電池、固態(tài)電池。

——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(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)分析

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。

 

——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(shí)現(xiàn)。其中，鋰電池材料體系的迭代升級包括正負(fù)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(jìn)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(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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