化石能源正在逐漸走向枯竭，同時化石燃料燃燒引起的環境污染也不容忽視，因此尋找一種清潔可循環的新能源技術成為當今主題。據統計，當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，新能源汽車自然而言受到迫切關注。動力電池占據新能源汽車整車成本約40%，其發展動態是新能源汽車行業的重點關注對象。

一、全球動力電池格局

鋰離子動力電池行業巨大的市場前景，各國相關企業紛紛布局動力電池產業，制定了發展規劃。

在新能源汽車的動力電池產業中，日韓起步較早，中國則作為后起之秀奮起直追。當前鋰離子動力電池行業基本發展成中日韓“三足鼎立”的格局，且各自都有行業龍頭企業。

三大動力電池廠商產能情況一覽

日本松下（Panasonnic）早在1994年就開始研發鋰電池，由住友財團支持，2008年開始與全球最大電動汽車企業特斯拉合作并于2014年共建超級電池工廠。韓國LG化學（LGC）在1996年開始研究鋰電池，2010年成為通用雪佛蘭Volt電動車唯一供應商。中國企業寧德時代（CATL）作為中國鋰電池行業的龍頭，創立于2011年，2012年與德國寶馬集團達成戰略合作，成為其核心供應商。

2021年第一季度全球動力電池裝機量及市占率（前十）

（來源：公開信息，德勤分析整理）

二、主要類型的動力電池市場份額

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

2021年上半年中國市場動力電池裝機種類

（來源：公開信息，德勤分析整理)

LiFePO₄和三元鋰電池性能指標對比

(來源：參考文獻2)

整車廠電池類型及續航能力

(來源：公開信息，德勤分析整理)

三、從全球專利數據看高能量密度鋰電池技術趨勢

電動汽車的續航能力是制約電動汽車發展的一大因素。為了提高整車的續航能力，提升動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一直都是電動車行業的重點。下文將2434件全球車用高能量密度鋰離子電池技術領域相關發明專利來窺視一下車用高能量密度鋰離子電池技術發展趨勢。

增加電池能量密度主要有兩種技術路線，路線1：從電池電芯能量密度出發，主要依靠化學體系的突破；路線2：針對系統能量密度的提升，則是合理設計單體電芯和模組排布結構，實現電池系統的“減重瘦身”。路線1“提高電池電芯能量密度”相關專利申請量占比為88%，在路線1中，“主要材料”和“制造工藝的優化”是提高電池電芯能量密度專利技術布局的要點，其中主要材料相關占專利申請總量的61%。

車用高能量密度鋰離子電池專利技術構成分析

(來源：參考文獻1)

#主要材料之正負極材料#鋰離子電池正極提供鋰源，負極接納儲存鋰，電解液傳導鋰離子，隔膜作為隔離屏障和離子通道。其中正負極材料決定了電芯理論容量上限，專利申請占據了主要材料的絕大部分。目前已商業開發應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；負極材料主要有石墨、硅碳和鈦酸鋰等。分析正、負極材料相關的專利，提高電池電芯能量密度的技術方案可歸納為以下四個方面。

電極材料專利技術分布

(來源：參考文獻1)

1）材料改性（相關的專利申請總量的71%）。是有效提高現有材料比容量的主要途徑。專利中提到的材料改性的技術手段主要有：①元素摻雜，主要針對正極材料進行金屬元素摻雜（如：鈷、鎳），提升比容量、導電性和結構穩定性等性能；②包覆層，主要有碳包覆和有機聚合物包覆，包覆改性可以提高正、負極材料的導電性、穩定性和吸液保液能力，還可提高材料壓實密度，提升鋰離子電池的比容量。③構筑復合/混合體系，保留發揮兩種或多種材料的優勢，如：三元+磷酸鐵鋰混合體系；硅碳復合體系，既兼顧高比容量又可降低成本；

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

3）開發新型材料（相關的專利申請量占比11%），開發有別于當前商業化材料的超高容量、低成本、制備簡單的新型材料以突破現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）擴寬電芯的充放電電壓范圍，獲得更高的使用容量，但材料結構穩定性易被破壞，帶來安全風險，專利申請量占比為8%。開發高穩定性的高壓正極材料或低放電電壓負極材料是該技術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的載體，鋰離子傳導效率對電池的容量有重大影響。電解液相關專利技術方案主要有以下幾類：

1）功能添加劑優化，加入相應的功能添加劑可以提高離子傳導，改善浸潤性，降低內阻，進而提高電池容量。

2）耐高壓電解液，針對性地搭配高壓電極材料應用，起保護電極材料的作用，保障高壓高容量電芯的容量發揮，對開發出具有高安全性、高能量密度、長循環壽命的動力電池具有重要意義；

3）固態電解質，減少在固態電解質分解的副反應，減輕鋰損失，有利于保障高容量發揮，同時固態電解質具有不燃特性，特別適用于高安全高能量密度儲能電池。

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發展態勢——基于全球專利的數據分析[J/OL].儲能科學與技術: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.鋰離子動力電池市場分析及技術進展[J].電池工業,2020,24(06):326-329+334.

粉體圈編輯：FOCUS