锂离子电池的现状研究

锂离子电池的现状研究

罗礼新

身份证号：362125197801186019

摘要：电池是储存有电解质溶液以及金属电极的容器，该容器可以实现能量的转化从而输出电能。锂离子电池作为当前储能技术领域中重要储能技术手段，随着技术的发展，其在越来越多的场景实现了技术应用,本文通过对锂离子电池发展现状开展探究，以期为相关的研究人士提供可参考的价值。

关键词：电池；锂离子电池；储能技术

一、锂电池综述

电池是储存有电解质溶液以及金属电极的容器，该容器可以实现能量的转化，从而输出电能。按照内部反应类型的不同，电池可以分为物理电池、化学电池以及生物电池。按照充电与否又可以将电池分为一次电池和二次电池。一次电池又称为不可充电电池，而二次电池又名充电电池，二次电池可以在电池放电后通过充电的方式实现电池的循环使用，该类电池包含有铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池，当前在二次电池的应用上以锂离子电池为主。

按照锂离子电池的外包装不同，可以将其分为圆柱、方形以及软包这几个类型，其中前两种类型的锂离子电池在外壳材料的选用上以硬质的材料为主，因此在硬度表现上表现为硬包装。与之相反，软包锂离子电池则采用的是铝塑膜形态的软性包装，在常见的软包电池中单片电池通过运用铝塑膜进行密封可以对内部的电解质起到很好的保护作用，在应用的领域中，当前锂离子主要以三种形式存在，一种是消费用电池，一种是储能用电池，另一种则是动力用电池。在工艺的划分上，按照生产的位置不同，锂电池可以分为前端生产工艺、中端生活工艺以及后端生产工艺。

我们可以将锂离子电池分为两部分，一部分为正极，在正极中的连接材料通常为铝箔。在电池的中间部分为聚合物隔膜，该隔膜可以将正极与负极做好隔断，这样的隔断可以在阻断e-通过的同时保证Li+的正常通行。另一部分为电池的负极，负极的材质主要是石墨，与正极连接材料不同，负极材料通常为铜箔。电池的电解质存在于电池的顶端与末端，在外壳的材质的选用上，电池多采用硬质外壳。

不同状态下的锂离子电池其Li+运动轨迹存在有本质上的区别，充电时，Li+由正极出发通过中间的隔膜最终完成向负极的移动；放电时， Li+则是从负极出发通过中间的隔膜最终完成向正极的移动。之所以人们将该类电池命名为锂离子电池，其根本原因也是由于电池的充放电完全由锂离子的移动完成

二、锂电池产业链

按照产业链不同位置的划分，在产业链上游，首先要对初始矿石原料进行开采与提炼制作，通过提炼制作过程，电池用的二级电极材料最终得以制备，这些电极材料通过组合加工最终形成正负极材料以及电解液等电池组件。在锂离子电池的产业链中游包含有以下两方面内容：第一步是将规定数量的电芯通过组装形成电池组；第二步是在第一步的基础上增加其他的结构配件，最终组装完成电池包。在锂离子电池的产业链下游，主要涉及的是锂离子电池应用领域，具体有以下三种：一种是消费用电池，一种是储能用电池，另一种则是动力用电池。

在锂离子电池的构成组件中，主要包含有正负极、电解液等，这当中成本最高的当属正极材料成本，在成本占比中电极成本甚至高达50%。

三、锂离子电池行业现状分析

1、全球市场现状

在全球节能减排的大趋势下，锂离子电池自2018年后便进入到了告诉发展时期。官方数据显示，2020年全球对于锂离子电池的需求高达280GWh，这当中储能用电池、3C类锂离子电池占比为54%，动力类电池锂离子电池占比为46%。专家预测，到2025年全球对于锂电池的需求将会达到峰值，届时需求量将会突破1000GWh。

在供应量方面，官方数据显示2020年全球锂离子电池的供应高达298GWh，与2019年相比增长幅度达到了1/5，这当中消费类锂离子电池产量产比为10%，与2019年相比增长幅度达到了7%，但在总体占比上占比比例降低了30%。另外，动力类电池产量比例为48%，与2019年相比增长幅度达到了31%。再者，储能类锂离子电池产量比例为9%，与2019年相比增长幅度达到了53%。

2、中国市场

为了促进锂离子电池行业的高效发展，自2021年开始我国便在实施供给侧结构性改革工作基础上开展实施了锂离子电池行业的发展规划，在规划中重点对产业链的现代化以及先进产品供给能力的提升进行了进一步的明确。从当前我国的锂离子电池发展来看，2021年我国的锂离子电池产量较2020年增长幅度达到了106%，这种增长态势在2022年第一季度也有着明显的体现。

从产量角度来说，2021年我国锂离子电池产量较2020年增加幅度达到了22.4%，2022年第一季度锂离子电池产量较2021年第一季度产量的增长幅度达到了14.5%。

从出货情况来说，当前的锂离子电池应用最多的为动力类型电池。官方数据显示，2021年我国锂离子电池按照出货类型分，出货由多到少依次为：动力型锂离子电池、消费型锂离子电池、储能型锂离子电池。到2022年第一季度，数据显示新能源企业用动力电池其出货量增加态势明显。

从动力电池市场来说，官方数据显示，2021年我国动力电池产量中磷酸铁锂电池产量占比达到了57.1%，相比2020年增长幅度达到了262%；按装车量计算磷酸铁锂电池其装车量占据动力电池总装车量的51.7%，相比2020年增长幅度达到了227.4%。

3、中国锂电材料现状

从使用材料方面来看，官方数据显示，2021年我国锂离子电池直接使用的一阶材料产品出货量相较于2020年增长幅度达到了65%。到2022年第一季度其出货量增加态势依旧明显。对于锂离子电池所间接使用的二阶材料方面，碳酸锂市场均价也在明显的下调，这对锂离子电池的制作成本有着极大的帮助作用。

4、中国锂离子电池进出口现状

从出口数量上来看，锂离子电池出口是我国重要的出口商品，且近些年一直处于贸易顺差中。官方数据显示，2021年我国在锂离子电池领域出口贸易额达到了285亿美元，直到2022年第一季度，该增长态势依旧明显。从出口价格方面来说，从2015年以后锂离子电池的出口单价不断升高。在近6年里，锂离子电池价格提升了93%。

从贸易对象上来看，当前美国是我国锂离子电池出口贸易的主要国家，紧随其后的是德国、韩国、越南，其中德国与韩国的出口额占比均在10%以上。

四、锂离子电池行业竞争格局分析

从全球的综合竞争情况来看，2021年全球的动力电池装机数量较2020年增长幅度达到了115%。但从企业规模来看，当前的动力电池产业集中度较高，其中前十名的企业产能产比达到了总产能的92%，这当中宁德时代牢牢的占据了动力电池组装量的第一把交椅，市场占比更是高达32.02%。

从我国的锂离子电池市场来看，2021年前三名的企业产能产比达到了总产能的74%，前五名的企业产能产比达到了总产能的83%，前十名的企业产能产比达到了总产能的92%，从数据显示结果来看，我国在动力电池领域也存在有产业集中度过高的情况。

五、锂离子电池行业未来发展趋势

1、电池能量密度将持续提升

对于动力电池行业而言，系统的能量密度关乎到其未来的发展前景，因此各国对于系统的能量密度的关注度也极高，这当中尤其是韩国对于其重视程度尤为高，同时在电芯能量密度上韩国明确指出要在2030年实现600Wh/kg。美国对于电芯能量密度的要求是在2020年实现350Wh/kg的目标。日本在电芯能量密度要求上将未来的发展分为了两个台阶，第一台阶是在2020年达到250Wh/kg，第二台阶是在2030年达到500Wh/kg。我国在电芯能量密度未来规划上，为了确保目标的稳健，将未来的电芯能量密度发展分为了三个台阶，其中第一台阶是在2020年达到300 Wh/kg，第二台阶是在2025年达到400Wh/kg，第三台阶是在2030年达到500Wh/kg。

从当前的锂离子电池发展情况来看，锂离子电池体系的能量密度当前已经发展到了瓶颈时期。想要实现能量密度的提升，其根本是提升正负电极的比容量，在短期的发展中，想要实现比容量的提升通过进行组成材料的调整以及制备工艺的优化是可以实现的。但从长期发展而言，当前的锂离子电池的能量密度发展净瓶已至，因此在未来的锂离子电池发展中，新体系是实现技术突破的关键。

2、锂电池成本仍有下降空间

压缩制作成本是未来锂离子电池行业以及电动汽车未来发展的急切需求。当前在汽车造价方面电动汽车造价较燃油汽车造价有着明显的劣势。在电动汽车的造价中动力电池成本在总成本的占比中达到了41%，可以说实施动力电池成本压缩对于未来电动汽车的发展有着极为关键的作用，并且当前锂离子电池成本尚且存在压缩的空间。未来随着企业的规模不断扩大，必定会为锂离子电池的成本降低贡献巨大的帮助作用。

3、解决锂电池失效问题

根据失效的类型不同我们可以将锂电池的失效具体区分为性能失效与安全性失效。性能失效主要表现在锂电池的使用性能发生了变化，从而致使其使用性能无法满足使用要求，常见的性能失效有：电池的容量衰减、循环寿命偏短、一致性较差、常常出现自放电现象等；安全性失效主要表现为不正规的使用从而导致了安全风险的出现，常见的安全性失效有热失控、漏液、短路等。以上失效对于锂离子电池的正常使用会形成巨大威胁，因此在未来的锂离子电池技术发展中，针对失效问题应当做到重点应对，只有如此才能确保锂离子电池在未来的发展拥有更为广阔的前景。

参考文献:

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