預見2023：《2022年中國鋰電池技術全景圖譜》(附科研創(chuàng)新成果、技術發(fā)展痛點和趨勢方向等)

行業(yè)主要上市公司：寧德時代(300750);比亞迪(002594);國軒高科(002074);孚能科技(688567);億緯鋰能(300014);鵬輝能源(300438);欣旺達(300207)等

本文核心數據：鋰電池板塊上市公司研發(fā)費用;鋰電池相關論文發(fā)表數量

全文統(tǒng)計口徑說明：1)論文發(fā)表數量統(tǒng)計以“lithium battery”為關鍵詞，選擇“中國”、“論文”篩選。2)統(tǒng)計時間截至2022年8月17日。3)若有特殊統(tǒng)計口徑會在圖表下方備注。

鋰電池技術概況

1、技術原理及類型

(1)鋰電池技術原理

鋰離子電池是一種充電電池，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：充電池時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài);放電時則相反。

(2)鋰電池的分類

按照電解質材料、電池外形、外包材料、正極材料、應用領域等不同分類方式，可將鋰電池分為以下幾類：

2、技術全景圖：四大細分技術領域

從鋰電池構成來看，鋰電池技術主要包括正極材料、負極材料、電解質和隔膜四個主要細分技術領域。其中，正極材料主要包括磷酸鐵鋰、三元正極、錳酸鋰等;負極材料主要包括碳系材料和非碳系材料;電解質主要包括液態(tài)電解質、固液復合電解質和固態(tài)電解質;隔膜主要包括干法隔膜和濕法隔膜。

鋰電池技術發(fā)展歷程：正負極材料演變拉動技術發(fā)展

從20世紀70年代第一個鋰電池出現，到如今五十余年的歲月中，鋰離子電池不斷發(fā)展，負極材料從鋰金屬發(fā)展到碳材料，再試圖回到鋰金屬;正極材料也不斷豐富，陸續(xù)推出鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等。

鋰電池技術政策背景：政策加持技術水平提升

近些年來，我國提出了一系列鋰離子電池技術發(fā)展相關政策，加速了鋰離子電池產業(yè)鏈的發(fā)展，同時對鋰電池的安全性、技術體系、回收體系做出了規(guī)范，使得鋰電池技術水平穩(wěn)步提升。

鋰電池技術發(fā)展現狀

1、鋰電池技術科研投入現狀

(1)國家重點研發(fā)計劃項目

據已公開的國家重點研發(fā)計劃項目，2018-2021年我國鋰電池技術相關國家重點研發(fā)計劃項目共計18項。國家重點研發(fā)計劃項目的資金來源為中央財政經費，一個項目的財政經費在2億元以上。

(2)A股上市企業(yè)研發(fā)費用

鋰電池行業(yè)經過多年發(fā)展，產品相對成熟，但行業(yè)整體研發(fā)投入水平不算太高。從A股市場來看，2017-2021年，我國鋰電池板塊上市公司研發(fā)總費用逐年增長，2022年第一季度，鋰電池板塊上市公司研發(fā)總費用約46.75億元。

2、鋰電池技術科研創(chuàng)新成果

(1)論文發(fā)表數量

從鋰電池相關論文發(fā)表數量來看，2010年至今我國鋰電池相關論文發(fā)表數量呈現逐年遞增的趨勢，可見鋰電池科研熱度持續(xù)走高。截至2022年8月，我國已有69366篇鋰電池相關論文發(fā)表。

注：統(tǒng)計時間截至2022年8月。

(2)技術創(chuàng)新熱點

通過創(chuàng)新詞云可以了解鋰電池技術領域內最熱門的技術主題詞，分析該技術領域內最新重點研發(fā)的主題。通過智慧芽提取該技術領域中最近5000條專利中最常見的關鍵詞，其中，正極材料、負極材料、電解質、集流體等關鍵詞涉及的專利數量較多，說明鋰電池領域近期的研發(fā)和創(chuàng)新重點集中于正負極材料、電解質等領域。

(3)專利聚焦領域

從鋰電池專利聚焦的領域看，目前鋰電池專利聚焦領域較明顯，其主要聚焦于鋰電池、鋰離子電池、正極材料、負極材料、電解液等。

主要鋰電池技術對比分析

根據分析磷酸鐵鋰、三元鋰電池的技術特性，可以看出磷酸鐵鋰電池在安全性、經濟性、原材料豐富度和循環(huán)壽命方面優(yōu)勢明顯，而三元鋰電池在能量密度、低溫性能和充電效率方面優(yōu)勢明顯。因此，磷酸鐵鋰電池技術更適合用于中短距離用車(中低端車型)、電動自行車、儲能等場景;三元鋰電池技術更適用于長距離用車(高端車型)、消費電子、醫(yī)療等場景。

鋰電池技術發(fā)展痛點及突破

1、鋰電池技術發(fā)展痛點

(1)缺乏高能量密度的正負極材料產業(yè)化應用

盡管鋰離子電池技術和市場快速發(fā)展使得電池能量密度已有明顯提升，然而缺乏可行的未來正極材料來繼續(xù)提高鋰離子電池的能量密度，給鋰離子電池產業(yè)持續(xù)發(fā)展帶來了重大挑戰(zhàn)。

(2)鋰離子電池安全問題亟待解決

另一方面，鋰離子電池安全問題也是鋰離子電池技術發(fā)展的痛點之一。鋰離子電池安全問題的根源主要是電池的熱失控。主要是由于鋰離子電池內部具有很強的燃爆條件，其內部的易燃性材料如低熔點可燃有機脂類化合物、石墨負極材料都會成為相應的“燃料”，在充放電以及運行過程中不當的熱管理將成為鋰電池安全事故的導火索，最終引發(fā)燃爆事故。

2、鋰電池技術發(fā)展突破

(1)鋰電池結構創(chuàng)新設計

鋰電池電芯集成方式的革新是鋰電池的重要結構創(chuàng)新，例如CTP(Cell To Pack)即跳過標準化模組環(huán)節(jié)，直接將電芯集成在電池包上，提高能量密度。

(2)固態(tài)電池技術

目前，鋰離子電池面臨著安全性差的問題，固態(tài)電池可在安全性、能量密度、溫度范圍等方面突破鋰離子電池的局限。

鋰電池技術發(fā)展方向及趨勢：短期提高電池能量密度、長期技術路線多元化

短期內，提高鋰電池能量密度主要通過對現有材料體系的迭代升級和電池結構革新來實現。其中，鋰電池材料體系的迭代升級包括正負極材料、電解液和隔膜的迭代升級;電池結構革新又包括電芯、模組、封裝方式等的結構改進和精簡。

從長期來看，由于磷酸鐵鋰電池能量密度上限較低，并且為了應對不同應用場景下的不同需求，鋰電池技術路線將朝多元化方向發(fā)展。除了酸鐵鋰電池和三元鋰電池之外，固態(tài)電池、磷酸錳鐵鋰電池、富鋰錳基電池等新型鋰電池技術路線的發(fā)展趨勢向好。

「前瞻碳中和戰(zhàn)略研究院」聚焦碳中和領域的政策、技術、產品等開展研究，瞄準國際科技前沿，服務國家重大戰(zhàn)略需求，圍繞“碳中和”開展有組織、有規(guī)劃科研攻關，促進碳中和技術成果轉化和推廣應用，為企業(yè)創(chuàng)新找到技術突破口，為各級政府提供碳達峰、碳中和的戰(zhàn)略路徑管理咨詢和技術咨詢。院長徐文強博士畢業(yè)于美國加州大學伯克利分校，二十余年來一直深耕于低碳清潔能源和綠色材料領域的基礎研究、產品開發(fā)和產業(yè)化，擁有55項專利、33篇論文，并已將30多種產品推向市場，創(chuàng)造商業(yè)價值50+億元，專注于氫能、太陽能、儲能等清潔能源研究。

以上數據參考前瞻產業(yè)研究院《鋰電池行業(yè)技術趨勢前瞻及投資價值戰(zhàn)略咨詢報告》，同時前瞻產業(yè)研究院還提供產業(yè)大數據、產業(yè)研究、政策研究、產業(yè)鏈咨詢、產業(yè)圖譜、產業(yè)規(guī)劃、園區(qū)規(guī)劃、產業(yè)招商引資、IPO募投可研、IPO業(yè)務與技術撰寫、IPO工作底稿咨詢等解決方案。

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