我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展概況

我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展概況鋰離子電池最早在20世紀(jì)90年代由日本索尼公司成功研制，隨后在全球范圍內(nèi)快速發(fā)展，目前該產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了由屮國(guó)、日本、韓國(guó)主導(dǎo)的全球鋰電市場(chǎng)。鋰離子電池是21世紀(jì)最有應(yīng)用價(jià)值的理想電源，也被稱為“搖椅式電池”，具有放電電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、綠色無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，鋰離子電池可分為動(dòng)力、消費(fèi)和儲(chǔ)能3種。近年來(lái)，隨著“環(huán)境倒逼機(jī)制”的強(qiáng)化和新能源汽車產(chǎn)業(yè)的興起，動(dòng)力電池逐漸成為了鋰電池市場(chǎng)的主力，并驅(qū)動(dòng)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)更快發(fā)展。鋰離子電池主要由正負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜等關(guān)鍵材料組成,各部分材料性能決定了電池的電化學(xué)性能。目前，以磷酸鐵鋰電池為代表的上一代鋰電池即將成為過(guò)去；三元材料鋰離子電池以其良好的三元協(xié)同效應(yīng)和低溫性能成為技術(shù)主流；全固態(tài)鋰電池結(jié)合了高能量密度與安全性好的優(yōu)點(diǎn)，是下一代鋰電技術(shù)的重要發(fā)展方向。1鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀從全球范圍來(lái)看，日本的鋰離子電池制造業(yè)布局最早，發(fā)展最完善，因此日本鋰離子電池制造業(yè)在全球長(zhǎng)期占有著十分重要的地位。雖然近年來(lái)其市場(chǎng)占比有所下降，但是仍然占有20%左右的份額。同時(shí)，世界其他國(guó)家加快推動(dòng)鋰電技術(shù)研發(fā)，尤其是韓國(guó)和屮國(guó)在鋰電行業(yè)不斷取得技術(shù)突破，市場(chǎng)地位快速提升,市場(chǎng)占有率不斷增加。當(dāng)前，以中、日、韓為主導(dǎo)的全球鋰電市場(chǎng)基本形成。近年來(lái)，隨著鋰離子電池在電動(dòng)汽車、3C（消費(fèi)電子產(chǎn)品）等領(lǐng)域的應(yīng)用需求快速增長(zhǎng)，全球鋰離子電池產(chǎn)業(yè)體量和市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。2021年，全球鋰離子電池總體產(chǎn)量達(dá)到170.5GWh（見圖1）,同比增長(zhǎng)15.12%。2021年，全球鋰電池市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)到350億美元（見圖2）,年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)15.1%o2021年，鋰離子電池主要應(yīng)用市場(chǎng)增速放緩，但受益于新能源汽車行業(yè)景氣和環(huán)保需求帶動(dòng)，預(yù)計(jì)未來(lái)全球鋰電池增速穩(wěn)定，到2021年全球鋰電池市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)400億美元。目前，全球鋰離子電池產(chǎn)業(yè)主要集中在屮國(guó)、日本和韓國(guó)。各國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，屮國(guó)增速保持平穩(wěn)，日本增速正在回暖，韓國(guó)增速有所放緩。全球鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)是:技術(shù)研發(fā)不斷取得新突破；動(dòng)力應(yīng)用引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向；產(chǎn)業(yè)發(fā)展重心向中國(guó)靠攏；產(chǎn)業(yè)整合度不斷提高。從國(guó)內(nèi)來(lái)看，中國(guó)已成為全球鋰電池發(fā)展最活躍的地區(qū)。從產(chǎn)量上來(lái)看，2021年，中國(guó)鋰離子電池產(chǎn)量約為88.7GWh,同比增長(zhǎng)29.3%，其中動(dòng)力電池產(chǎn)量44.5GWh（見圖3），超過(guò)3C產(chǎn)品成為最大的消費(fèi)端，動(dòng)力電池消費(fèi)量占總產(chǎn)量的50%o基于新能源汽車需求增長(zhǎng)、舊電池更新、鋰電替代鉛酸以及海外市場(chǎng)擴(kuò)大等因素，動(dòng)力電池正在成為屮國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)最大的驅(qū)動(dòng)引擎，市場(chǎng)重心將進(jìn)一步向動(dòng)力應(yīng)用轉(zhuǎn)移，國(guó)內(nèi)動(dòng)力鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)迎來(lái)了難得的發(fā)展機(jī)遇從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，動(dòng)力、3C以及儲(chǔ)能等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展已成為鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。其中，動(dòng)力電池由于新能源汽車需求及產(chǎn)量增加而快速增長(zhǎng)，同時(shí)電動(dòng)自行車屮鋰離子電池滲透率穩(wěn)步提升而使其市場(chǎng)占比不斷增加；3C用電池增長(zhǎng)緩慢，導(dǎo)致市場(chǎng)占比不斷下滑；儲(chǔ)能電站加快建設(shè)，移動(dòng)通信基站領(lǐng)域需求擴(kuò)大，開拓了儲(chǔ)能應(yīng)用市場(chǎng)，并不斷加快鋰離子電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的普及。2鋰離子電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀隨著新能源汽車、3C等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，單一的鋰離子電池，如鎰酸鋰、鉆酸鋰、線酸鋰電池等，其性能已經(jīng)無(wú)法滿足各類不同應(yīng)用的具體需求，為追求高能量密度、高功率密度以及更長(zhǎng)壽命等更高性能，人們陸續(xù)瞄準(zhǔn)鋰離子電池新的技術(shù)方向[4,5]o從當(dāng)前的動(dòng)態(tài)來(lái)看，傳統(tǒng)的鎰酸鋰電池、鉆酸鋰電池等技術(shù)路線早已落后，磷酸鐵鋰電池技術(shù)路線正在被替代，三元鋰電池技術(shù)路線逐漸成為主流。三元鋰電池產(chǎn)品日趨成熟，美國(guó)特斯拉Model系列車型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)突破，其Model3的規(guī)模化生產(chǎn)、銷售，進(jìn)一步論證三元鋰離子動(dòng)力電池的可行性。Model3采用全新*★如型電池，相比ModelS采用的林*型電池在外觀上變長(zhǎng)變粗，能量密度也提高了2096,單體電池容量可達(dá)34.8Ah,容量提升35%。同時(shí)，歐美企業(yè)已經(jīng)開始著手研發(fā)能量密度更高的下一代鋰離子電池（如全固態(tài)鋰離子電池）或下一代二次鋰電池（如鋰硫電池、鋰空氣電池，二者具有超高的理論能量密度，本質(zhì)上不屬于鋰離子電池范疇），以期在這些電池技術(shù)上實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)的大翻盤。如通用汽車和大眾集團(tuán)，分別投資入股全固態(tài)鋰離了電池技術(shù)開發(fā)企業(yè)Sakti3和QuantumScapeo2.1三元鋰離子電池三元鋰離子電池即正極為三元材料的鋰離子電池，因其相比于磷酸鐵鋰電池，具備優(yōu)異的低溫性能，擁有很高的開發(fā)價(jià)值和市場(chǎng)前景。三元材料常用的有銀鉆鎰酸鋰LiNixCoyMnl-x-yO2（NCM）和鐮鉆鋁酸鋰LiNixCoyAll-x-yO2（NCA）。三元材料存在明顯的三元協(xié)同效應(yīng)，綜合了鉆酸鋰、鎳酸鋰、鐳酸鋰等材料的優(yōu)點(diǎn)，能量密度高、容量高、成本低、循環(huán)穩(wěn)定性好，而且三元材料體系組成多樣，制備時(shí)可對(duì)材料體系進(jìn)行調(diào)制和選擇，從而滿足不同需要。三元材料的不足在于其安全性仍有待提高。當(dāng)前，三元材料研究的重點(diǎn)方向集中在以下幾點(diǎn)。2.1.1高鐮三元材料高鐮三元材料中線的摩爾分?jǐn)?shù)大于0.6。高鐮化處理可顯著降低材料成本，并保證材料的高比容量，但會(huì)導(dǎo)致材料熱穩(wěn)定性變差、容量保持率降低。目前高線三元材料的制備方法主要是共沉淀法與高溫固相法相結(jié)合。首先通過(guò)共沉淀法制備出混合均勻、粒徑均一的前驅(qū)體，然后經(jīng)過(guò)