鋰電池行業現狀與未來-智鍵科技

電池大家都經常見到，鋰電池也不陌生，說起鋰電池的應用，很多人也可以說出個一二三來，比如手機、電動車、充電寶等等。但是真正涉及到鋰電池發展的歷史、鋰電池都有哪些分類、我國鋰電池的行業地位、鋰電池行業的格局、未來發展趨勢等等，就很少有人能說清楚了。今天，我們就來一起探討下鋰電池這個已經在國家發展戰略中占據重要地位的產物。

一、鋰電池的發展歷史

鋰電池的發展史并不長，但已經成為了如今世界經濟和科技發展的重要參與者。

1912年，金屬鋰電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。

1970年，代?？松腗.S.Whittingham采用硫化鈦作為正極材料，金屬鋰作為負極材料，制成首個鋰電池。

1980年，J. Goodenough 發現鈷酸鋰可以作為鋰離子電池正極材料。

1982年，伊利諾伊理工大學的R.R.Agarwal和J.R.Selman發現鋰離子具有嵌入石墨的特性，此過程是快速的，并且可逆。與此同時，采用金屬鋰制成的鋰電池，其安全隱患備受關注，因此人們嘗試利用鋰離子嵌入石墨的特性制作充電電池。首個可用的鋰離子石墨電極由貝爾實驗室試制成功。

1983年，M.Thackeray、J.Goodenough等人發現錳尖晶石是優良的正極材料，具有低價、穩定和優良的導電、導鋰性能。其分解溫度高，且氧化性遠低于鈷酸鋰，即使出現短路、過充電，也能夠避免了燃燒、爆炸的危險。

1989年，A.Manthiram和J.Goodenough發現采用聚合陰離子的正極將產生更高的電壓。

1991年，索尼公司發布首個商用鋰離子電池。隨后，鋰離子電池革新了消費電子產品的面貌。

1996年，Padhi和Goodenough發現具有橄欖石結構的磷酸鹽，如磷酸鋰鐵（LiFePO4），比傳統的正極材料更具優越性，因此已成為當前主流的正極材料。

隨著數碼產品如手機、筆記本電腦等產品的廣泛使用，鋰離子電池以優異的性能在這類產品中得到廣泛應用，并在逐步向其他產品應用領域發展。

1998年，天津電源研究所開始商業化生產鋰離子電池。

2018年7月15日，從科達煤炭化學研究院獲悉，一種由純碳作為主要成分的高容量高密度鋰電池用特種碳負極材料在該院問世，這種由全新材料制備的鋰電池可以實現汽車續航里程突破600公里。

2018年10月，南開大學梁嘉杰、陳永勝教授課題組與江蘇師范大學賴超課題組合作成功制備了具有多級結構的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負載金屬鋰作為復合負極材料。這一載體可抑制鋰枝晶產生，從而可實現電池超高速充電，有望大幅延長鋰電池“壽命”。該研究成果在最新一期《先進材料》上發表。

2022年上半年，我國鋰離子電池產業主要指標實現高速增長，產量超過280吉瓦時，同比增長150%。

2022年9月22日上午，由中國航天科技集團四院自主研制并合格交付用戶的國內首個直徑3.0米新能源鋰電銅箔核心裝備陰極輥新產品在西安面市，填補了國內行業技術空白，實現了大直徑陰極輥的月產能力突破百臺大關，標志著中國超大直徑陰極輥制造技術實現了重大突破。

二、鋰電池的分類

鋰電池具有能量比高、使用壽命長、額定電壓高、具備高功率承受力、自放電率低、重量輕、高低溫適應性強、綠色環保等特點，其大致可以分金屬鋰電池和鋰離子電池兩大類。

（一）鋰離子電池；

鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱，是一種二次電池，也就是我們常說的充電電池。鋰離子電池以碳素材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。

鋰離子電池的主要組成部分有：

1、正極——活性物質一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰材料，比如電動自行車普遍用鎳鈷錳酸鋰或者再加少量錳酸鋰，純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。導電極流體使用的是厚度10--20微米的電解鋁箔。

2、隔膜——一種經特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結構，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。

3、負極——活性物質為石墨，或近似石墨結構的碳，導電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。

4、有機電解液——溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑，聚合物的則使用凝膠狀電解液。

5、電池外殼——分為鋼殼、鋁殼、鍍鎳鐵殼、鋁塑膜等，還有電池的蓋帽，也是電池的正負極引出端。

鋰離子電池由于其相較于金屬鋰電池更安全的特性，成為目前市場上主要的鋰電池產品，甚至在很多人的認知中，鋰電池就是指的鋰離子電池。

（二）固態鋰電池；

固態鋰電池是用金屬鋰作為電極的一種儲能電池，比能量極高，可以分為一次性電池和可充電固態鋰電池。

一次性固態鋰電池跟普通干電池的原理一樣，它是用金屬鋰作為電極，通過金屬鋰的腐蝕或叫氧化來產生電能的，用完就廢了，不能充電。

至于可充電固態鋰電池，在實際應用的過程中依舊面臨著許多難點。鋰金屬具有較高反應活性，容易與有機電解液反應生成Li2CO3、LiOH、Li2O、Li3N、LiF等無機產物和ROCO2Li、ROLi、RCOO2Li（R是烷基官能團）等有機產物。這些反應會導致鋰金屬和電解液的利用率降低，并會伴隨著大量的氣體產生，容易引發鋰金屬電池的安全隱患。

此外還有固態鋰電池的鋰枝晶帶來的影響。枝晶可在鋰表面堆積，滲透到固體電解液中，最終從一個電極交叉到另一個電極，使電池短路，進而引發一些安全事故。

三、鋰電池領域的世界格局

（一）鋰電池領域中國從追趕者成為領先者；

與很多高端產業歐美處于領先地位不同，鋰電池領域多年來始終是亞洲處于主導地位，在這期間，亞洲國家之間的格局也發生了巨大變化。

2000年以前，日本鋰電池企業總體銷售額占全球銷售額的93%可以說處于絕對的壟斷地位。

2000年之后，以手機和MP3等消費電子為代表的韓國企業快速成長，蠶食了大量日本企業的鋰電池市場份額，2010年日本企業的市場份額只占43%，韓國企業則占了39%。期間，由于中國擁有巨大的消費電子產品市場，以及龐大的人口紅利，日韓企業也紛紛向中國投放新的產能，在這個過程中催生了一批國產鋰電池企業。

2011年之后，消費鋰電池發展進入成熟階段，市場需求飽和增速放緩。動力鋰電池又成為了新戰場，這是一個比消費電池更大的市場。

2015年以來，中國新能源汽車的增長，數據顯示，今年10月，中國新能源汽車繼續保持高速增長，月度產量和銷量分別同比增長87.6%和81.7%達到76.2萬輛和71.4萬輛，市場占有率達到28.5%，再創新高。朝著這個趨勢發展，預計中國全年的銷量或達到600萬輛。而這不僅意味著中國將提前三年完成國家規劃2025年的目標，而且還有可能超過其他國家的銷量總和。新能源汽車的增長也催生了動力電池的市場需求，中國已成為全球最大的動力電池需求市場。

如今，中國在鋰電池市場已經處于領先地位。國際能源署公布的報告顯示，中國占全球鋰化學品供應量的60%以上，還生產了全球3/4的鋰離子電池。本來由日韓壟斷的鋰電池市場，也逐漸出現了越來越多的中國企業名字。

（二）全球鋰電池產能主要集中在亞洲地區；

目前，全球鋰電池的產能主要集中在亞洲地區中的中日韓三個國家，全球前十的鋰電池企業也被這三個國家包攬，這十家企業包攬了全球電池產能的92%。