锂氟化碳电池研究现状及趋势论文

到今天为止，锂离子电池的基本结构已经基本定型，以正极，电解质和负极薄层的叠片或卷绕的方式几乎不可能再有改变，因此，要进一步提高电池性能，只能从材料的角度来考虑。材料的研发，决定了锂离子电池的未来。目前的锂动力电池，负极采用的仍然是碳基材料，电解质采用的是聚烯烃隔膜加有机碳酸酯的复合材质，正极采用三元氧化物或磷酸铁锂正极。未来几年内，正极最有希望随着高镍三元正极材料的应用，使电池能量密度在现有的基础上再提高20%左右，它的质量比能量高于普通三元，而且结构类似，预计工艺上问题不会太大，目前来说还剩下循环寿命和安全性方面还有一些不确定因素，再远一些就是富锂正极材料了。负极来说，硅碳材料最有希望取代现有的石墨，但硅碳和石墨的微观结构不同，工艺上会有比较大的区别，它的商品化研究，就已经发表的成果来说，还比较欠缺，究竟能提高多少能量密度不好说。电解质是目前最难突破的一个问题，固态电解质始终看不到大规模量产取代碳酸酯的希望，新型隔膜也基本上换汤不换药，高熔点基质用不上，包覆颗粒也做得差不多了，而电解质是电池安全最大的保障。至于其他体系，如锂金属，锂硫，目前还完全看不到商品化的条件，理论上还不够成熟。总之，在市场的巨大需求下，锂离子电池因其独特的优势和相对成熟的技术水平，已经并将继续在整个社会能源结构中占重要位置。电池新材料的开发水平将最终制约锂离子电池能够达到的高度。另外，从成本控制来看，未来动力锂离子电池的价格将逐步下降到小于1000元一度电的较低水平，未来这几年预计就可以实现，现在一辆20万的车，电池价格占到一半左右，如果电池价格真能达到我说的这个水平，一辆车最起码便宜三万块的成本。这时候，退补也不会影响技术成熟的厂家。相比之下，我个人认为车的制造水平比电池的制造水平更重要，我国电池制造水平已经是世界领先了，CATL和BYD无论在产量还是质量上都是世界顶尖的，但中国缺的是世界级的车企。

两者都属于锂电池，聚合物电池更优于圆形的锂电池，它形状各异，更薄，蓄电更强，适用范围更广。

行业主要上市公司：宁德时代(300750);比亚迪(002594);国轩高科(002074);孚能科技(688567);亿纬锂能(300014);鹏辉能源(300438);欣旺达(300207)等

本文核心数据：锂电池板块上市公司研发费用;锂电池相关论文发表数量

全文统计口径说明：1)论文发表数量统计以“lithium battery”为关键词，选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月17日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。

锂电池技术概况

1、技术原理及类型

(1)锂电池技术原理

锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态;放电时则相反。

(2)锂电池的分类

按照电解质材料、电池外形、外包材料、正极材料、应用领域等不同分类方式，可将锂电池分为以下几类：

2、技术全景图：四大细分技术领域

从锂电池构成来看，锂电池技术主要包括正极材料、负极材料、电解质和隔膜四个主要细分技术领域。其中，正极材料主要包括磷酸铁锂、三元正极、锰酸锂等;负极材料主要包括碳系材料和非碳系材料;电解质主要包括液态电解质、固液复合电解质和固态电解质;隔膜主要包括干法隔膜和湿法隔膜。

锂电池技术发展历程：正负极材料演变拉动技术发展

从20世纪70年代第一个锂电池出现，到如今五十余年的岁月中，锂离子电池不断发展，负极材料从锂金属发展到碳材料，再试图回到锂金属;正极材料也不断丰富，陆续推出钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。

锂电池技术政策背景：政策加持技术水平提升

近些年来，我国提出了一系列锂离子电池技术发展相关政策，加速了锂离子电池产业链的发展，同时对锂电池的安全性、技术体系、回收体系做出了规范，使得锂电池技术水平稳步提升。

锂电池技术发展现状

1、锂电池技术科研投入现状

(1)国家重点研发计划项目

据已公开的国家重点研发计划项目，2018-2021年我国锂电池技术相关国家重点研发计划项目共计18项。国家重点研发计划项目的资金来源为中央财政经费，一个项目的财政经费在2亿元以上。

(2)A股上市企业研发费用

锂电池行业经过多年发展，产品相对成熟，但行业整体研发投入水平不算太高。从A股市场来看，2017-2021年，我国锂电池板块上市公司研发总费用逐年增长，2022年第一季度，锂电池板块上市公司研发总费用约46.75亿元。

2、锂电池技术科研创新成果

(1)论文发表数量

从锂电池相关论文发表数量来看，2010年至今我国锂电池相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势，可见锂电池科研热度持续走高。截至2022年8月，我国已有69366篇锂电池相关论文发表。

注：统计时间截至2022年8月。

(2)技术创新热点

通过创新词云可以了解锂电池技术领域内最热门的技术主题词，分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中最近5000条专利中最常见的关键词，其中，正极材料、负极材料、电解质、集流体等关键词涉及的专利数量较多，说明锂电池领域近期的研发和创新重点集中于正负极材料、电解质等领域。

(3)专利聚焦领域

从锂电池专利聚焦的领域看，目前锂电池专利聚焦领域较明显，其主要聚焦于锂电池、锂离子电池、正极材料、负极材料、电解液等。

主要锂电池技术对比分析

根据分析磷酸铁锂、三元锂电池的技术特性，可以看出磷酸铁锂电池在安全性、经济性、原材料丰富度和循环寿命方面优势明显，而三元锂电池在能量密度、低温性能和充电效率方面优势明显。因此，磷酸铁锂电池技术更适合用于中短距离用车(中低端车型)、电动自行车、储能等场景;三元锂电池技术更适用于长距离用车(高端车型)、消费电子、医疗等场景。

锂电池技术发展痛点及突破

1、锂电池技术发展痛点

(1)缺乏高能量密度的正负极材料产业化应用

尽管锂离子电池技术和市场快速发展使得电池能量密度已有明显提升，然而缺乏可行的未来正极材料来继续提高锂离子电池的能量密度，给锂离子电池产业持续发展带来了重大挑战。

(2)锂离子电池安全问题亟待解决

另一方面，锂离子电池安全问题也是锂离子电池技术发展的痛点之一。锂离子电池安全问题的根源主要是电池的热失控。主要是由于锂离子电池内部具有很强的燃爆条件，其内部的易燃性材料如低熔点可燃有机脂类化合物、石墨负极材料都会成为相应的“燃料”，在充放电以及运行过程中不当的热管理将成为锂电池安全事故的导火索，最终引发燃爆事故。

2、锂电池技术发展突破

(1)锂电池结构创新设计

锂电池电芯集成方式的革新是锂电池的重要结构创新，例如CTP(Cell To Pack)即跳过标准化模组环节，直接将电芯集成在电池包上，提高能量密度。

(2)固态电池技术

目前，锂离子电池面临着安全性差的问题，固态电池可在安全性、能量密度、温度范围等方面突破锂离子电池的局限。

锂电池技术发展方向及趋势：短期提高电池能量密度、长期技术路线多元化

短期内，提高锂电池能量密度主要通过对现有材料体系的迭代升级和电池结构革新来实现。其中，锂电池材料体系的迭代升级包括正负极材料、电解液和隔膜的迭代升级;电池结构革新又包括电芯、模组、封装方式等的结构改进和精简。

从长期来看，由于磷酸铁锂电池能量密度上限较低，并且为了应对不同应用场景下的不同需求，锂电池技术路线将朝多元化方向发展。除了酸铁锂电池和三元锂电池之外，固态电池、磷酸锰铁锂电池、富锂锰基电池等新型锂电池技术路线的发展趋势向好。

「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究，瞄准国际科技前沿，服务国家重大战略需求，围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关，促进碳中和技术成果转化和推广应用，为企业创新找到技术突破口，为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校，二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化，拥有55项专利、33篇论文，并已将30多种产品推向市场，创造商业价值50+亿元，专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。

以上数据参考前瞻产业研究院《锂电池行业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》。。

锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池。