鋰硫電池仰望星空到腳踏實(shí)地

1、目錄 HYPERLINK l _TOC_250010 一、硫池一載子與個(gè)反應(yīng) 1 HYPERLINK l _TOC_250009 二、量量度第性”始鋰電的術(shù)研進(jìn)展 4 HYPERLINK l _TOC_250008 1、果電質(zhì)“穿效”斗爭(zhēng) 4 HYPERLINK l _TOC_250007 2、果固電質(zhì)面性和性的求 6 HYPERLINK l _TOC_250006 3、硫池量量和體能密的向pk” 7 HYPERLINK l _TOC_250005 三、硫池利局這次領(lǐng)是 10 HYPERLINK l _TOC_250004 1、硫池利模 10 HYPERLINK l _TOC_250003 2

2、、G 做什？型利內(nèi)淺析 10 HYPERLINK l _TOC_250002 四、足求造，再技供給 16 HYPERLINK l _TOC_250001 投資價(jià)建議 20 HYPERLINK l _TOC_250000 風(fēng)險(xiǎn)析 21圖表目錄圖表：“一電分類意* 1圖表：鋰電不段反產(chǎn)和極量壓曲線 1圖表：不類電鋰硫池意 2圖表：部學(xué)認(rèn)態(tài)鋰電、態(tài)空電池鋰池“極態(tài)” 2圖表：鋰電材化學(xué)性段正側(cè)主） 3圖表：鋰晶形表面護(hù)意 3圖表：液鋰電本結(jié)及硫物穿應(yīng)示意 4圖表：典電對(duì)極的電量循環(huán)能 5圖表：硫鋅米、鈷氮碳單原催劑同作硫極池基性能 5圖表0：典的氧乙烯鋰鑭氧物合態(tài)鋰電及極量循環(huán)命庫(kù)效率 6圖表1：態(tài)

3、硫的發(fā)愿景 7圖表2：比迪刀電池對(duì)電包結(jié)和實(shí)例能現(xiàn) 7圖表3：鋰電的體能密和他電技路對(duì)比 8圖表4：鋰電主設(shè)計(jì)數(shù)體能密關(guān)系 8圖表5：不條下固態(tài)硫池常鋰子電的積質(zhì)能密度較 9圖表6：全范內(nèi)規(guī)模前布鋰電技術(shù)線專申人 10圖表7： G 硫池量和環(huán)命 圖表8： G 硫池氣量 圖表9：在池系添加分2S6 示意 圖表0：不同2S6 添量對(duì)極量影響 12圖表1：隔處抑多硫物梭應(yīng)意 12圖表2：有隔處對(duì)正容的響 12圖表3：聚巴摻入電液對(duì)極量影響 13圖表4：雙體示意 13圖表5：碳維擋的顯形貌 13圖表6：碳維擋對(duì)正容的響 14圖表7：實(shí)組對(duì)組的倫率比 14圖表8：聚烯咯酮包對(duì)率能影響 14圖表9：聚烯咯

4、酮包對(duì)量持影響 14圖表0：不樣的量電曲線 15圖表1：不樣的量保率 15圖表2：電儲(chǔ)技橫評(píng)* 16圖表3：20162019年全球力池業(yè)貨模GW） 16圖表4：寧時(shí)代P 電池包 17圖表5：比迪片池產(chǎn)線 17圖表6：2020年球力電出規(guī)GW） 17圖表7：2021年14 全球力池貨模GW） 17圖表8：2020年來(lái)國(guó)新源車(chē)量構(gòu) 18圖表9：北汽acox S 18圖表0：吉極氪001 18圖表1：高量度力電體匯與間估計(jì) 19一、鋰硫電池，一種載流子與一個(gè)主反應(yīng)如本系列報(bào)告開(kāi)電池科技前瞻系列報(bào)告之一巨匠扛鼎后繼不竭所述“下一代電池概念寬泛概念間有交叉，但回歸本質(zhì)，多立足某一種載流子，對(duì)相應(yīng)的正負(fù)極

5、、電解質(zhì)等進(jìn)行革新。詳見(jiàn)下表。圖表： “下一代電池”分類示意*載流子正極負(fù)極電解質(zhì)鋰富鋰錳材料富鋰基電池硫系材：鋰電池-鋰-氟化物/氯化/氟氧化物料等氟化物/氯化/氟氧化鋰電池空氣：空氣池-鋰硅負(fù)極：硅極鋰池鋰金屬合金鋰金/合金池-固體電質(zhì)：態(tài)鋰池其他屬M(fèi)M 子電池資料來(lái)：*類以鍵組元義，非窮舉鋰硫電池是除固態(tài)電（概念事實(shí)上有交叉不失一般性外的另一個(gè)熱門(mén)細(xì)分路徑載流子和負(fù)極圣杯鋰較強(qiáng)的氧化劑硫帶來(lái)了極高的正負(fù)極理論容（1672A/3860A/g和電池理論能量密（2.51W/g或2510W/kg理論質(zhì)量能量密度遠(yuǎn)高于當(dāng)前插層式正極-石墨負(fù)極的理論質(zhì)量能量密度上限。圖表： 鋰硫電池不同階段反應(yīng)產(chǎn)物

6、和正極容量電壓曲線資料來(lái)：Rcebe ihuufuratees行業(yè)深報(bào)告而且，硫相比于過(guò)渡金屬鈷、鎳，在自然界儲(chǔ)量也相當(dāng)豐富。事實(shí)上，鋰硫電池在循環(huán)過(guò)程中對(duì)應(yīng)一系列多硫化鋰的轉(zhuǎn)變，需要經(jīng)歷一系列反應(yīng)；電解質(zhì)可能有液態(tài)半固態(tài)和全固態(tài)等多種選擇。圖表： 不同類型電解質(zhì)鋰硫電池示意資料來(lái)：odsateihuslurateies:Avnes,hlegesdperpcives，有部分學(xué)者認(rèn)為從常規(guī)液態(tài)鋰離子電池開(kāi)始?xì)v經(jīng)電解質(zhì)更換為固態(tài)電解質(zhì)負(fù)極更換為鋰金屬正極更為硫或空氣，得到固態(tài)鋰硫電池或固態(tài)鋰空氣電池，二者共同組成鋰電池的所謂“終極形態(tài)。圖表： 部分學(xué)者認(rèn)為固態(tài)鋰硫電池、固態(tài)鋰空氣電池是鋰電池的“終

7、極形態(tài)”資料來(lái)：od steltusuuriS)ttriesaedn od lclyes-abrefvew理論能量密度的高企是鋰硫電池受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界欣賞的根本原因。同時(shí)，硫正極和鋰負(fù)極也不同程上存在相當(dāng)“不利”的應(yīng)用條件。對(duì)硫正極而言較低的離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo)較高的體積變化的負(fù)面影響較大對(duì)鋰金屬而言強(qiáng)還原性枝晶生長(zhǎng)，較高的體積變化等問(wèn)題也是阻礙其實(shí)際應(yīng)用的長(zhǎng)年“攔路虎。圖表： 鋰硫電池材料的化學(xué)改性手段（正極側(cè)為主）圖表： 鋰枝晶的形成及表面保護(hù)示意資料來(lái)dacd ceial staeies fr ihumslur ateies: A eiw，資料來(lái)源ihaciyltiumsfurateya

8、dbyd: a eiwof etlndetcinayers dpespctvef oidtteletoyes，除電極的問(wèn)題之外不同類型的電解質(zhì)也面臨著不同類型的待解決體相界面問(wèn)題所以接下來(lái)我們依托質(zhì)量能量密“第一性分別“液體電解質(zhì)鋰硫電池“固體電解質(zhì)鋰硫電池加以討論并引入體積能量密度的重要性與提升指引。二、質(zhì)量能量密度“第一性”開(kāi)始，鋰硫電池的學(xué)術(shù)研究進(jìn)展、如果是液體電解質(zhì)？和“穿梭效應(yīng)”的斗爭(zhēng)單質(zhì)硫的低電導(dǎo)高體積變化率相當(dāng)程度上可以通過(guò)構(gòu)建復(fù)合材料體（如和碳材料復(fù)合并添加粘接劑犧牲一部分容量密度基本解決。但是，在電解液導(dǎo)鋰的條件下，硫正極還面臨著更嚴(yán)峻的問(wèn)題，所謂的“穿效應(yīng)。圖表： 液態(tài)鋰硫

9、電池基本結(jié)構(gòu)及多硫化物“穿梭效應(yīng)”示意資料來(lái)：Rcebe ihuufuratees鋰硫電池放電過(guò)程中硫化鋰并非一次形成而會(huì)產(chǎn)生多種Li2Sx 中間產(chǎn)物這些多硫化鋰在電解液中“梭”到負(fù)極側(cè)，直接氧化鋰金屬；隨后，被還原的多硫化鋰還會(huì)再“穿梭”回負(fù)極側(cè)，還原硫正極。最終，造成電池容量損失、庫(kù)倫效率低下、自放率高。鑒于此，通用的手段包括在溶劑中添加消耗性的硝酸鋰，多種成分、結(jié)構(gòu)、形貌調(diào)控手段甚至構(gòu)建物理阻擋層等手段都被研究者考慮用于抑制穿梭效應(yīng)。在報(bào)告電池科技前瞻系列報(bào)告之三：高容量/活性物質(zhì)載量硫系正極中，我們分析了論文 xpanion-olerant achitectues for table

10、cycling of ultahigh-loading ulfur cathodes in litium-ulfur batteies里研究者制備的，對(duì)體積膨脹具有高容忍度、循環(huán)壽命相對(duì)很高的硫系正極材料（70%膠狀硫、20%碳材料和 10%羧甲基纖維素。該正極材料具有超過(guò)1200A/g 的容量，在較低倍率（0.2）下可循環(huán)超過(guò)200 次。該正極以干法工藝制備并經(jīng)過(guò)潤(rùn)濕電解液體系是1,3二氧戊烷1,2二甲氧基乙烷協(xié)同雙三氟甲基磺酰亞胺鋰硝酸鋰電解液和硫正極的物料比是3:15:1微升毫克。負(fù)極使用過(guò)量鋰箔，厚度為200 微米。該研究取得正極的容量高，循環(huán)壽命差強(qiáng)人意，但整體能量密度受限于較高的電

11、解液和負(fù)極用量，并不面對(duì)現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池取得優(yōu)勢(shì)。圖表： 典型電池對(duì)應(yīng)正極的放電容量循環(huán)性能資料來(lái)源: Easontlent ahteues or sbe ycng of lraghang lur ctdesinihumslurateies更精細(xì)“構(gòu)建與調(diào)控工作可能取得綜合性能更優(yōu)的研究成果香港科技大學(xué)研究者Cen Zaoiasou Zao 等通過(guò)構(gòu)建硫化鋅納米粒子鈷氮碳協(xié)同作用的硫正極材料體系輔之以N/P=1 的適度過(guò)量鋰金屬負(fù)極，以及由iTFI硝酸鋰二戊茂烷、乙二醇二甲醚組成的電解液正極物料比7:1 微升/毫克的電解液，取得了 1h、300W/g、95%以上庫(kù)倫效率、80 次循環(huán)的軟包電

12、池。研究結(jié)果 A high-energy and ong-cycing mulfur pouch cell via a macrpoous catalytic cathode ith double-end binding ites 2021 年發(fā)表在Natue nanotechnology 上。研究者認(rèn)為，上述復(fù)合結(jié)構(gòu)成功地“鎖住”了硫，抑制了多硫化物的溶解與穿梭。和各個(gè)對(duì)比組相比較研究工作的電池綜合性能最佳。圖表： 硫化鋅納米粒子、鈷氮碳單原子催化劑協(xié)同作用硫正極電池的基本性能資料來(lái)：Aihnyadogyciglhumuurpuhcllvaaacpousaayicahde ihobendni

13、g ies，、如果是固體電解質(zhì)？界面性能和體性能的需求既然嚴(yán)重劣化鋰硫電池性能的多硫化物的穿梭效應(yīng)需要液態(tài)電解質(zhì)，那么很自然的想法就是以導(dǎo)鋰的固體電解質(zhì)進(jìn)行替代（通常，以少量電解液潤(rùn)濕界面仍然是必要的。自上世紀(jì)70 年代NSICON 結(jié)構(gòu)固體電解質(zhì)被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，聚氧化乙烯、ISICON、鋰鍺磷硫等多個(gè)體系逐步進(jìn)入研究者視野，且彼此之間的研究與應(yīng)用競(jìng)爭(zhēng)遠(yuǎn)未結(jié)束（不僅對(duì)固態(tài)鋰硫電池是如此，對(duì)“常規(guī)”固態(tài)鋰離子電池來(lái)說(shuō)，固體電解質(zhì)的遴選與實(shí)用化時(shí)至今日也是實(shí)用化的核心因素之一。南京大學(xué)研究者 Bing Ding 等人綜述了當(dāng)前固態(tài)鋰硫電池的研究成果，論文 Solid-tate litiumulfur

14、batteies:dvances, challengesand perpectives 2020 發(fā)表在Materalsoday 上。研究者認(rèn)為液態(tài)鋰硫電池雖然可以利用構(gòu)建正極基體構(gòu)建阻擋層構(gòu)建芯殼結(jié)構(gòu)采用高濃度電解液、優(yōu)化添加劑等方式一定程度上削弱材料體系的負(fù)面作用，但是總體效果，尤其是高載量條件下的效果仍然不盡如人意，而且電解液的安全性也會(huì)受到詬病。但是相比之下，應(yīng)用固體電解質(zhì)后穿梭效應(yīng)被充分抑制，電池安全性有所提升，且電解質(zhì)和鋰負(fù)極的相容性也更好（事實(shí)上固體電解質(zhì)和鋰負(fù)極的相容性存在相當(dāng)程度爭(zhēng)議。以典型的聚氧化乙烯鋰鑭鋯氧復(fù)合固體電解質(zhì)體系為例，200 次循環(huán)還可以保持正極容量在800h

15、/g 以上，和前述液態(tài)體系可比。圖表： 典型的聚氧化乙烯鋰鑭鋯氧化物復(fù)合固態(tài)鋰硫電池及正極容量、循環(huán)壽命和庫(kù)倫效率資料來(lái)：odsateihuslurateies:Avnes,hlegesdperpcives，同時(shí)，固態(tài)鋰硫電池也存在著界面退化、阻抗偏高、固體電解質(zhì)厚重等方面問(wèn)題。綜述所列舉的研究工作多限于正極容量循環(huán)曲線，而未給出全電池?cái)?shù)據(jù)。研究者也歸納，固態(tài)鋰硫電池可能同時(shí)需要若干種不同的優(yōu)化手段：正極的納米化、離子取代方式的本征電導(dǎo)強(qiáng)化、包覆摻雜；負(fù)極的鋰金屬合金化與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；固體電解質(zhì)的薄層化、復(fù)合化與新體系開(kāi)發(fā)。甚至可以說(shuō)固態(tài)鋰硫電池幾乎需要將各個(gè)組元重新設(shè)計(jì)以取得事實(shí)上的最佳效果高電

16、導(dǎo)高硫載量正極穩(wěn)定、循環(huán)性能好的鋰金屬負(fù)極；高離子電導(dǎo)，化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性高，薄層固體電解質(zhì)；穩(wěn)定、阻抗低的物相面。圖表： 固態(tài)鋰硫電池的發(fā)展愿景資料來(lái)：odsateihuslurateies:Avnes,hlegesdperpcives，至此我們可以認(rèn)為，雖然難度不低，鋰硫電池的實(shí)際質(zhì)量能量密度有一定潛力繼續(xù)提升。、鋰硫電池質(zhì)量能量密度和體積能量密度的“橫向 ”如前所述雖然循環(huán)壽命有所不足倍率性能差強(qiáng)人意電池容量仍“秀珍畢竟鋰硫電池可以實(shí)現(xiàn)過(guò)300W/kg 的質(zhì)量能量密度。但是另一方面，在限定體積的應(yīng)用場(chǎng)合比如新能源汽車(chē)，電池的體積能量密度也是非常重要的性能參數(shù)最直觀的例子莫過(guò)于比亞“刀片

17、電池通過(guò)提升成組效率讓磷酸鐵鋰電池的積能量密度可以和三元電池一較高下。圖表： 比亞迪“刀片電池”對(duì)應(yīng)電池包的結(jié)構(gòu)和實(shí)施例性能表現(xiàn)資料來(lái)源C231麻省理工學(xué)院研究者eijiag Xe、Ju i 等構(gòu)建了詳細(xì)的模型，分析液態(tài)鋰硫電池如何在質(zhì)量能量密度較行業(yè)深報(bào)告高的預(yù)設(shè)條件下，將體積能量密度也提升至現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池水平。研究結(jié)果 Gravimetrc and volmetrc energy denitiesof m-ulfurbatteies 2017 年發(fā)表在Sciencediect 上。研究者歸納以鋰硫電池研究進(jìn)展論300W/g 的質(zhì)量能量密度是最多報(bào)道的且理論能量密（這里要考慮輔助組元要高

18、于其余主流體系甚多但體積能量密度的表現(xiàn)就相當(dāng)不好甚至不及磷酸鐵鋰石墨負(fù)極池的性能表現(xiàn)。圖表： 鋰硫電池的質(zhì)量體積能量密度和其他鋰電技術(shù)路線對(duì)比資料來(lái)：rvitrcadvuericeegyeniiesfltiumufurateies探索提升鋰硫電池體積能量密度的模型實(shí)驗(yàn)就此展開(kāi)。在給定銅箔4.5 微米，鋁箔7.5 微米，隔膜15 微米的條件下，研究者歸納了影響鋰硫電池體積能量密度的幾個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)：硫面密度；硫含量；硫孔隙率；鋰過(guò)量程度；電解液正極物料比。面密度越大，含量越高，孔隙率越低，過(guò)量鋰越少，電解液越少，則電池的體積能量密度越高。相對(duì)理想的鋰硫電池體積能量密度約 101W/，對(duì)應(yīng)70硫含量，

19、10 毫克平方厘米面密度，30%孔隙率，鋰過(guò)量50。當(dāng)然，事實(shí)上體積變化，非活性碳材料，更多的過(guò)量鋰等都會(huì)影響體積能量密度。圖表： 鋰硫電池主要設(shè)計(jì)參數(shù)和體積能量密度關(guān)系資料來(lái)：rvitrcadvuericeegyeniiesfltiumufurateies從圖中我們還可以進(jìn)一步看出100過(guò)量的鋰事實(shí)上對(duì)體積能量密度影響已經(jīng)不算大5 毫克平方厘米硫載量30孔隙率100過(guò)量鋰對(duì)應(yīng)的電池體積能量密度500A/g，接近磷酸鐵鋰的540A/g進(jìn)一步的優(yōu)化就需要在降低孔隙率、提升硫載量。研究者也分析：過(guò)高的硫載量較脆，影響電池的倍率性能；如果使用多孔碳材料作為集流體可以提供空間與強(qiáng)化電子電導(dǎo)，再配合自支

20、撐正極可以獲得較好的性能。上述指標(biāo)中，部分內(nèi)容同時(shí)影響質(zhì)量能量密度和體積能量密度，如硫面密度；硫含量；鋰過(guò)量程度；電解液正極物料比等。但是也有如孔隙率這樣對(duì)質(zhì)量能量密度并無(wú)影響，但是對(duì)體積能量密度影響很大的指標(biāo)。慮到當(dāng)前動(dòng)力電池生產(chǎn)，正負(fù)極材料壓實(shí)密度、振實(shí)密度等的重要性，我們就可以理解孔隙率這種雙刃劍一樣的評(píng)價(jià)指標(biāo)。固態(tài)鋰硫電池也有類似的研究結(jié)果。西班牙巴斯克大學(xué)研究者Xabier Jdez 等對(duì)固態(tài)硫電池質(zhì)量、體積能量密度的研究 Solid lectrolytes for Safe and High negy Density Lithium-Slfur atteies: Pomies an

21、d hallenges 2018 年發(fā)表于Jounalof theEectochemicalSociety 上從研究者的仿真結(jié)果看固態(tài)鋰硫電池的質(zhì)量能量密度總體上更具優(yōu)勢(shì)；固態(tài)鋰硫電池內(nèi)部，陶瓷電解質(zhì)體系對(duì)體積能量密度有利；聚合物電解質(zhì)體系對(duì)質(zhì)量能量密度有利。直觀的印象也應(yīng)該如此：陶瓷密度大，聚合物厚。圖表： 不同條件下，固態(tài)鋰硫電池和常規(guī)鋰離子電池的體積、質(zhì)量能量密度比較資料來(lái)：od letltesfr e d h ngy eniy humufurateres:oisesdCalges總之鋰硫電池的體積能量密度對(duì)標(biāo)現(xiàn)（新能源汽車(chē)用動(dòng)力電池從現(xiàn)有研究結(jié)果以及合理外推來(lái)看與提升質(zhì)量能量密度相比是

22、一個(gè)更難實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。三、鋰硫電池專利布局：這次的領(lǐng)頭羊是 LG、鋰硫電池專利規(guī)模以litiu-lfr battery 為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索20102021在鋰硫電池技術(shù)路線上有所布局的公司不乏G、三星、索尼、松下等日韓企業(yè)，且尤以G 系公司專利數(shù)量遙遙領(lǐng)先，各類發(fā)明及實(shí)用新型專利規(guī)模達(dá)到個(gè)（鑒于G 化學(xué)、G 新能源等名稱問(wèn)題，本文對(duì)LG 相關(guān)內(nèi)容不作名字的有意區(qū)分）圖表： 全球范圍內(nèi)，規(guī)模居前的布局鋰硫電池技術(shù)路線的專利申請(qǐng)人資料來(lái)：atb，另一方面，據(jù)科技日?qǐng)?bào)援引韓民族網(wǎng)站報(bào)道，韓國(guó)航空航天研究院開(kāi)發(fā)的高空長(zhǎng)航時(shí)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)使用了G 化學(xué)提供的鋰硫電池，在一次試飛中，無(wú)人機(jī)滯空時(shí)間達(dá)到13 小時(shí)

23、零1 分鐘。其中在高度為公里的平流層飛行7 個(gè)小時(shí)。G 化學(xué)計(jì)劃2025 年后批量生產(chǎn)鋰硫電池，屆時(shí)能量密度有望達(dá)到現(xiàn)有鋰離子池的2 倍以上。鑒于LG 新能源上市在即，綜合前述信息，從專利角度較深入探究其鋰硫電池技術(shù)的實(shí)際進(jìn)展也有相當(dāng)意義。、G做了什么？典型專利內(nèi)容淺析以下我們概述了G 近年來(lái)，數(shù)據(jù)相對(duì)出色的鋰硫電池專利體現(xiàn)的核心內(nèi)容。申請(qǐng)于2017 年，公開(kāi)于2020 年的專利US10770542 描述了一種對(duì)產(chǎn)氣有抑制作用的鋰硫電池電解液，及對(duì)應(yīng)電池。電解液包括常規(guī)鋰鹽（進(jìn)行寬覆蓋處理，實(shí)施例使用了六氟磷酸鋰和 LiTFI，并加入硝酸鋰，以及四氫呋喃及聚醚類電解液RO(CH2H2O)xC2

24、H5與對(duì)照組相比實(shí)驗(yàn)組的循環(huán)壽命顯著提升至接近50次，對(duì)應(yīng)正極容量從約1000Ah/g 下降至800A/；產(chǎn)氣量減少80以上，有的樣品產(chǎn)氣量減少90以上。圖表： G鋰硫電池容量和循環(huán)壽命圖表： G鋰硫電池產(chǎn)氣量資料來(lái)175B，資料來(lái)：175B，申請(qǐng)于2015 年，公開(kāi)于2017 年的專利US201703351 描述了通過(guò)添加多硫化鋰以減少活性物質(zhì)損失、提升電池容量的方法。圖表： 在電池體系能添加部分 iS6示意資料來(lái)：27301，電解液體系是iTFI 添加硝酸鋰溶劑包括二甲醚二惡茂烷等組間區(qū)別在于添加劑26 含量的多少。由測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)，添加2S6 后，在50 次循環(huán)內(nèi)正極容量有效提升。行業(yè)深報(bào)

25、告圖表： 不同 i2S6添加量對(duì)正極容量的影響資料來(lái)：27301，申請(qǐng)于2017 年公開(kāi)于2018 年的專利US2018019151 描述了在隔膜表面涂覆特殊涂層使得多硫化物擴(kuò)散通過(guò)隔膜的行為受到抑制，從而抑制“穿梭效應(yīng)”的方法。該涂層為聚多巴胺及導(dǎo)電添加劑，隔膜基體是聚丙烯。其他組分包括乙二醇二甲醚二惡茂烷溶劑、iTFI 等。專利顯示，在0.1/0.1C 充放倍率條件下，30次循環(huán)內(nèi)隔膜處理組體現(xiàn)出了更高的容量，且容量保持穩(wěn)定。圖表： 隔膜處理抑制多硫化物穿梭效應(yīng)示意圖表： 有無(wú)隔膜處理對(duì)正極容量的影響資料來(lái)2895A，資料來(lái)：2895A，行業(yè)深報(bào)告進(jìn)一步的工作見(jiàn)專利US2020020081

26、，除聚多巴胺外還增加了聚丙烯酸鋰層，樣品循環(huán)壽命延長(zhǎng)至160次。申請(qǐng)于2017 年公開(kāi)于2018 年的專利2018031911 的思路和前專利相近區(qū)別是將聚多巴胺作為溶劑添加劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，各個(gè)實(shí)驗(yàn)組在50 次循環(huán)內(nèi)的表現(xiàn)均好于對(duì)照組。圖表： 聚多巴胺摻雜入電解液后對(duì)正極容量的影響資料來(lái)：2839A，申請(qǐng)于2017 年公開(kāi)于2018 年的專利US2018037081 以摻雜氮的碳纖維膜為阻擋層組建電解液中的雙膜體系。圖表： 雙膜體系示意圖表： 碳纖維阻擋層的顯微形貌資料來(lái)2878A，資料來(lái)：2878A，行業(yè)深報(bào)告該體系也改善了電池正極的容量，以及提升了庫(kù)倫效率（但不知道是不是也影響了鋰離子擴(kuò)

27、散，對(duì)倍率能是不是有不利影響。圖表： 碳纖維阻擋層對(duì)正極容量的影響圖表： 實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的庫(kù)倫效率對(duì)比資料來(lái)2878A，資料來(lái)：2878A，申請(qǐng)于2018 年公開(kāi)于2019 年的專利US2019009231 將抑制穿梭效應(yīng)的方式選擇為正極表面改性以具備親水性頭部和疏水性尾部的改性分子（實(shí)施例中是聚乙烯吡咯烷酮）包覆于正極表面。溶劑體系還是乙二醇二甲醚、iTFI。在初始容量均為1000100A/g 的條件下，實(shí)施例的倍率、容量保持率均優(yōu)于對(duì)照組。圖表： 聚乙烯吡咯烷酮包覆對(duì)倍率性能的影響圖表： 聚乙烯吡咯烷酮包覆對(duì)容量保持的影響資料來(lái)2993A，資料來(lái)：2993A，申請(qǐng)于2018 年公布于202

28、0 年的專利US2020020751 研究了鋰鹽類添加劑對(duì)正極的正面作用專利分析了草酸鋰、丙二酸鋰等添加于正極，或添加于電解液等的不同效果，負(fù)極、電解液體系的其余部分和前述體系一脈相承，正極用碳管和硫復(fù)合。研究結(jié)果表明，在正極容量相近的情況下，草酸鋰摻雜顯著地改善了電池的循環(huán)壽命，顯著的容量衰減發(fā)生在100 次循環(huán)以后。圖表： 不同樣品的容量電壓曲線圖表： 不同樣品的容量保持率資料來(lái)2005A，資料來(lái)：2005A，樣品循環(huán)壽命更長(zhǎng)的結(jié)果也有披露如專利US20200315791循環(huán)200 次正極容量保持穩(wěn)定但此穩(wěn)定容量?jī)H有不足400A/g，對(duì)鋰硫電池來(lái)說(shuō)明顯偏低。綜合上述專利結(jié)果我們可以看出G

29、對(duì)正極電解液和隔膜均有優(yōu)化優(yōu)化手段涵蓋摻雜包覆乃至宏結(jié)構(gòu)構(gòu)建，不可謂不努力。但另一方面，沒(méi)有優(yōu)秀的全電池性能，尤其是高倍率、長(zhǎng)壽命結(jié)果出現(xiàn)。綜合前述韓國(guó)無(wú)人機(jī)的測(cè)試結(jié)果我們估計(jì)G 的鋰硫電池在質(zhì)量能量密度方面或已達(dá)到相當(dāng)高度但其他性能短板較明顯的可能性居多。可以說(shuō)鋰硫電池基本模型是最符“第一性原理的簡(jiǎn)單優(yōu)雅的主反應(yīng)式反應(yīng)物輕盈高化學(xué)活性但是從主反應(yīng)式開(kāi)始電池材料設(shè)（甚至可以不談電池制造就在不斷為了各種性能指標(biāo)的短板進(jìn)行妥協(xié)，最終只獲得質(zhì)量能量密度前景稍好其他性能不同程度存在缺憾的電池這也說(shuō)明“第一性原理事實(shí)上更多的是一種價(jià)值觀而非方法論。解決實(shí)際問(wèn)題、走向應(yīng)用推廣的勇氣，和看到巨大潛力、廣闊前

30、景的睿智同樣關(guān)鍵。而主要矛盾是什么，甚至是否存在一個(gè)高權(quán)重的“主要矛盾，在電池領(lǐng)域極大程度上由需求決定。四、滿足需求創(chuàng)造需求，再看技術(shù)供給在明確了鋰硫電池的基本性能（實(shí)用化水平的估計(jì)質(zhì)量能量密度300W/g，倍率性能通常1C 以內(nèi)，循環(huán)壽命200 次以內(nèi)體積能量密度不及現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池后我們?cè)俅位氐奖鞠盗袌?bào)告開(kāi)篇時(shí)給出的電池儲(chǔ)能技術(shù)評(píng)價(jià)體系。圖表： 電池儲(chǔ)能技術(shù)橫評(píng)*資料來(lái)源:AueralndrhialRviwofny Soae hoges，；鋰電和其術(shù)差距續(xù)拉大儲(chǔ)能技術(shù)本身千差萬(wàn)別，僅二次電池就有鉛酸、鎳鎘、鎳氫等非常成熟的技術(shù)，常規(guī)鋰電等走向成熟的技術(shù)，還有新型鋰電、鈉離子電池等等尚未乃

31、至遠(yuǎn)未成熟的技術(shù)。評(píng)價(jià)一個(gè)儲(chǔ)能技術(shù)是否先進(jìn)，一方面要對(duì)其主要指標(biāo)包括能量倍率效率壽命規(guī)模成本安全性和環(huán)境影響等有一個(gè)基礎(chǔ)性的認(rèn)識(shí)另一方面，還要對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域的需求認(rèn)識(shí)深入。以新能源汽車(chē)為例2019 年及以前我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)是在動(dòng)力電池有基礎(chǔ)但相對(duì)弱小的背景下依托合適的補(bǔ)貼政策以及市場(chǎng)準(zhǔn)入條件發(fā)展起來(lái)的但是鋰離子電池在質(zhì)量能量密（以及體積能量密度倍率能、循環(huán)壽命和成本方面體現(xiàn)出來(lái)的綜合競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)使得主要企業(yè)努力的預(yù)期回報(bào)高（所謂的“賽道好。圖表： 206219年，全球動(dòng)力電池企業(yè)出貨規(guī)模（）0607080935302520151050寧德時(shí)代比亞迪國(guó)軒高科L化學(xué)松下三星SDI其他資料來(lái)：NERee

32、h具備了技術(shù)實(shí)力與大規(guī)模復(fù)制能力后，鋰離子電池技術(shù)由中國(guó)、由中國(guó)企業(yè)發(fā)揚(yáng)光大，細(xì)分技術(shù)路線在更偏向“科學(xué)（如三元正極高鎳化單晶高壓化等）和更偏向“工程（如寧德時(shí)代的TPTC高集成度技術(shù)，比亞迪刀片電池及電池包等）的不同層面都有相當(dāng)程度發(fā)展，在某些方面已經(jīng)開(kāi)始引領(lǐng)全球，并且使得新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造優(yōu)化程度越來(lái)越高，成本總體快速走低。圖表： 寧德時(shí)代 CTP電池包圖表： 比亞迪刀片電池產(chǎn)線資料來(lái)：蔚，太洋汽，資料來(lái)：比迪，這樣，即使2020 年及以后市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，我國(guó)動(dòng)力電池企業(yè)仍然顯現(xiàn)出了極強(qiáng)的全球競(jìng)爭(zhēng)力。2020 年德時(shí)代險(xiǎn)勝G 新能源，2021 年以來(lái)更是優(yōu)勢(shì)明顯。22H122

33、H2圖表： 200年全球動(dòng)力電池出貨規(guī)模（）圖表： 201年 -4月22H122H24.03.03.02.02.01.01.05.00.025 2015105寧德時(shí)代L寧德時(shí)代L新能源松比亞迪三星中航鋰電國(guó)軒高科億緯鋰能其他 資料來(lái)NEReeh資料來(lái)：NEReeh優(yōu)質(zhì)的動(dòng)力電池持續(xù)賦能整車(chē)。新能源汽車(chē)銷量方面，除去2019 下半年2020 上半年的銷量低谷，更長(zhǎng)的時(shí)間維度里我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷高增速規(guī)模基本占據(jù)全球半壁江山尤其在2020 年之后搭載寧德時(shí)代動(dòng)電池的特斯拉Model 3 和若干新勢(shì)力主力產(chǎn)品，搭載比亞迪刀片電池的比亞迪漢EV 及其他插電混動(dòng)產(chǎn)品持放量，使得中國(guó)市場(chǎng)既是全球高銷量基數(shù)、高銷量增速的新能源汽車(chē)市場(chǎng)，也是最具市場(chǎng)化特征的新能源汽車(chē)市場(chǎng)。合適的技術(shù)路線選擇與投入，獲得了持續(xù)性的優(yōu)質(zhì)回報(bào)。行業(yè)深報(bào)告圖表： 200年以來(lái)我國(guó)新能源汽車(chē)銷量結(jié)構(gòu)30,00 銷量：新能源乘用車(chē):插電式混合動(dòng)力乘用: 銷量：新能源乘用車(chē):插電式混合動(dòng)力乘用:當(dāng)月值銷量：新能源乘用車(chē):純電動(dòng)乘用:當(dāng)月值20,0010,0010,005,0002219-05219-06219-07219-08219-09219-10219-11219-12220-01220-02220-03220-04220-05220-06220-07220-08220-09220-10220-11220-1222