化石能源正在逐漸走向枯竭，同時(shí)化石燃料燃燒引起的環(huán)境污染也不容忽視，因此尋找一種清潔可循環(huán)的新能源技術(shù)成為當(dāng)今主題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前全球汽車保有量大約為8億輛，全球石油消耗量超過65％屬于交通耗費(fèi)，新能源汽車自然而言受到迫切關(guān)注。動(dòng)力電池占據(jù)新能源汽車整車成本約40%，其發(fā)展動(dòng)態(tài)是新能源汽車行業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

一、全球動(dòng)力電池格局

鋰離子動(dòng)力電池行業(yè)巨大的市場(chǎng)前景，各國(guó)相關(guān)企業(yè)紛紛布局動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)，制定了發(fā)展規(guī)劃。

在新能源汽車的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)中，日韓起步較早，中國(guó)則作為后起之秀奮起直追。當(dāng)前鋰離子動(dòng)力電池行業(yè)基本發(fā)展成中日韓“三足鼎立”的格局，且各自都有行業(yè)龍頭企業(yè)。

三大動(dòng)力電池廠商產(chǎn)能情況一覽

日本松下（Panasonnic）早在1994年就開始研發(fā)鋰電池，由住友財(cái)團(tuán)支持，2008年開始與全球最大電動(dòng)汽車企業(yè)特斯拉合作并于2014年共建超級(jí)電池工廠。韓國(guó)LG化學(xué)（LGC）在1996年開始研究鋰電池，2010年成為通用雪佛蘭Volt電動(dòng)車唯一供應(yīng)商。中國(guó)企業(yè)寧德時(shí)代（CATL）作為中國(guó)鋰電池行業(yè)的龍頭，創(chuàng)立于2011年，2012年與德國(guó)寶馬集團(tuán)達(dá)成戰(zhàn)略合作，成為其核心供應(yīng)商。

2021年第一季度全球動(dòng)力電池裝機(jī)量及市占率（前十）

（來源：公開信息，德勤分析整理）

二、主要類型的動(dòng)力電池市場(chǎng)份額

目前動(dòng)力電池市場(chǎng)主要有三元鋰電池、LiFePO₄電池、LiMn₂O₄電池、鈦酸鋰電池（根據(jù)正極材料形式命名）等。從動(dòng)力電池整體配套的情況來看，三元鋰電池和LiFePO₄電池占據(jù)了動(dòng)力電池的大部分市場(chǎng)。

2021年上半年中國(guó)市場(chǎng)動(dòng)力電池裝機(jī)種類

（來源：公開信息，德勤分析整理)

LiFePO₄和三元鋰電池性能指標(biāo)對(duì)比

(來源：參考文獻(xiàn)2)

整車廠電池類型及續(xù)航能力

(來源：公開信息，德勤分析整理)

三、從全球?qū)＠麛?shù)據(jù)看高能量密度鋰電池技術(shù)趨勢(shì)

電動(dòng)汽車的續(xù)航能力是制約電動(dòng)汽車發(fā)展的一大因素。為了提高整車的續(xù)航能力，提升動(dòng)力電池能量密度成為首要條件，因此全球車用高能量密度鋰離子電池技術(shù)一直都是電動(dòng)車行業(yè)的重點(diǎn)。下文將2434件全球車用高能量密度鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)發(fā)明專利來窺視一下車用高能量密度鋰離子電池技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

增加電池能量密度主要有兩種技術(shù)路線，路線1：從電池電芯能量密度出發(fā)，主要依靠化學(xué)體系的突破；路線2：針對(duì)系統(tǒng)能量密度的提升，則是合理設(shè)計(jì)單體電芯和模組排布結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)的“減重瘦身”。路線1“提高電池電芯能量密度”相關(guān)專利申請(qǐng)量占比為88%，在路線1中，“主要材料”和“制造工藝的優(yōu)化”是提高電池電芯能量密度專利技術(shù)布局的要點(diǎn)，其中主要材料相關(guān)占專利申請(qǐng)總量的61%。

車用高能量密度鋰離子電池專利技術(shù)構(gòu)成分析

(來源：參考文獻(xiàn)1)

#主要材料之正負(fù)極材料#鋰離子電池正極提供鋰源，負(fù)極接納儲(chǔ)存鋰，電解液傳導(dǎo)鋰離子，隔膜作為隔離屏障和離子通道。其中正負(fù)極材料決定了電芯理論容量上限，專利申請(qǐng)占據(jù)了主要材料的絕大部分。目前已商業(yè)開發(fā)應(yīng)用的正極材料主要有鎳鈷錳或鎳鈷鋁三元材料、磷酸鐵鋰和錳酸鋰等；負(fù)極材料主要有石墨、硅碳和鈦酸鋰等。分析正、負(fù)極材料相關(guān)的專利，提高電池電芯能量密度的技術(shù)方案可歸納為以下四個(gè)方面。

電極材料專利技術(shù)分布

(來源：參考文獻(xiàn)1)

1）材料改性（相關(guān)的專利申請(qǐng)總量的71%）。是有效提高現(xiàn)有材料比容量的主要途徑。專利中提到的材料改性的技術(shù)手段主要有：①元素?fù)诫s，主要針對(duì)正極材料進(jìn)行金屬元素?fù)诫s（如：鈷、鎳），提升比容量、導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等性能；②包覆層，主要有碳包覆和有機(jī)聚合物包覆，包覆改性可以提高正、負(fù)極材料的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和吸液保液能力，還可提高材料壓實(shí)密度，提升鋰離子電池的比容量。③構(gòu)筑復(fù)合/混合體系，保留發(fā)揮兩種或多種材料的優(yōu)勢(shì)，如：三元+磷酸鐵鋰混合體系；硅碳復(fù)合體系，既兼顧高比容量又可降低成本；

2）優(yōu)化材料的制備方法（相關(guān)的專利申請(qǐng)量占比10%）。通過改良沉淀、粉碎和燒結(jié)等前驅(qū)物制備條件或針對(duì)性的選用水熱法、溶劑熱法、溶膠凝膠法等方法，可以提高材料壓實(shí)密度，合理優(yōu)化顆粒粒徑分布，控制元素分布均勻度等，直接或間接地提高材料的實(shí)際容量。

3）開發(fā)新型材料（相關(guān)的專利申請(qǐng)量占比11%），開發(fā)有別于當(dāng)前商業(yè)化材料的超高容量、低成本、制備簡(jiǎn)單的新型材料以突破現(xiàn)有材料的容量局限是研究高能量密度鋰離子電池的重要方向之一，如鋰-金屬電池、鋰-空氣電池。

4）擴(kuò)寬電芯的充放電電壓范圍，獲得更高的使用容量，但材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性易被破壞，帶來安全風(fēng)險(xiǎn)，專利申請(qǐng)量占比為8%。開發(fā)高穩(wěn)定性的高壓正極材料或低放電電壓負(fù)極材料是該技術(shù)方案的重要研究方向。

#主要材料之電解液#電解液是鋰離子傳輸?shù)妮d體，鋰離子傳導(dǎo)效率對(duì)電池的容量有重大影響。電解液相關(guān)專利技術(shù)方案主要有以下幾類：

1）功能添加劑優(yōu)化，加入相應(yīng)的功能添加劑可以提高離子傳導(dǎo)，改善浸潤(rùn)性，降低內(nèi)阻，進(jìn)而提高電池容量。

2）耐高壓電解液，針對(duì)性地搭配高壓電極材料應(yīng)用，起保護(hù)電極材料的作用，保障高壓高容量電芯的容量發(fā)揮，對(duì)開發(fā)出具有高安全性、高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命的動(dòng)力電池具有重要意義；

3）固態(tài)電解質(zhì)，減少在固態(tài)電解質(zhì)分解的副反應(yīng)，減輕鋰損失，有利于保障高容量發(fā)揮，同時(shí)固態(tài)電解質(zhì)具有不燃特性，特別適用于高安全高能量密度儲(chǔ)能電池。

參考來源：

[1]靳文婷,廖滿生,黃驥,魏子棟.車用高能量密度鋰離子電池技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)——基于全球?qū)＠臄?shù)據(jù)分析[J/OL].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù):1-14[2021-10-19].

[2]溫宏炎,匡中付,丁銘奕,熊志奇,路錦程,周金政,魯燕軍.鋰離子動(dòng)力電池市場(chǎng)分析及技術(shù)進(jìn)展[J].電池工業(yè),2020,24(06):326-329+334.

粉體圈編輯：FOCUS