瞻觀前沿
如今的電動汽車一次充電可以行駛700公里左右，而研究人員的目標是電池續航里程達到1000公里。研究人員正在探索將以高儲存容量著稱的矽用作電動汽車鋰離子電池的陽極材料。然而，儘管矽具有潛力，但將其投入實際應用仍然是研究人員仍在努力解決的難題。
浦項科技大學化學系的Soojin Park教授、博士候選人Je Minjun和Hye Bin Son博士。他們破解了密碼，使用微矽顆粒和凝膠聚合物電解質開發了一種便於攜帶、堅如磐石的下一代高能量密度鋰離子電池系統。這項工作發表在《先進科學》雜誌上。
研究團隊應用凝膠聚合物電解質開發了一種經濟穩定的矽基電池系統。鋰離子電池中的電解質是一個關鍵部件，有助於離子在陰極和陽極之間的移動。與傳統的液體電解質不同，凝膠電解質以固態或凝膠狀態存在，其特徵在於彈性聚合物結構比液體電解質具有更好的穩定性。
結果是顯著的：即使使用比傳統奈米矽陽極大一百倍的微矽顆粒(5μm)，電池也表現出穩定的效能。此外，研究團隊開發的矽凝膠電解質系統表現出與使用液體電解質的傳統電池相似的離子導電性，能量密度提高了約40%。此外，該團隊的系統具有顯著的價值，因為其簡單的製造過程可以立即應用。
Soojin Park教授強調，我們使用了微矽陽極，但我們擁有穩定的電池。這項研究使我們更接近真正的高能量密度鋰離子電池系統。
圖片來源：浦項科技大學
技術價值觀察
鋰電池行業上游的原材料主要包括正負極材料、電解液、隔離膜等。其中，正極材料是鋰電池最為關鍵的原材料，直接決定了電池的安全效能和電池能否大型化，同時也是鋰電池成本佔比最高的材料，約佔鋰電池電芯材料成本的40%左右。鋰電池行業的中游包括電池系統的研發製造、電池系統整合組裝等。鋰電池行業下游的應用領域主要為消費電池、動力電池和儲能電池。
研究團隊應用凝膠聚合物電解質開發出經濟且穩定的矽基電池系統，是電動汽車的電池續航里程1000公里成為可能。因此，從鋰電池產業鏈上看，該技術處於產業鏈的上游原材料環節。
宏觀市場觀察
——鋰電池的型別
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：
——鋰電池行業主要技術對比
根據鋰電池正極材料的不同，鋰電池可分為磷酸鐵鋰電池和三元電池。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、原材料豐富度和迴圈壽命方面優勢明顯，而三元鋰電池在能量密度、低溫效能和充電效率方面優勢明顯。因此，磷酸鐵鋰電池技術更適合用於中短距離用車(中低端車型)、電動腳踏車、儲能等場景;三元鋰電池技術更適用於長距離用車(高階車型)、消費電子、醫療等場景。
按電解質的不同，鋰電池可分為液態鋰電池和固態鋰電池。固態鋰電池和傳統的鋰電池最主要的區別在於固態電池電解質為固態，相當於鋰離子遷移的場所轉到了固態的電解質中。固態電池的優勢主要有能量密度較高、熱穩定性較好等。
——鋰電池技術發展方向及趨勢：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透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，由於磷酸鐵鋰電池能量密度上限較低，並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展。除了酸鐵鋰電池和三元鋰電池之外，固態電池、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展趨勢向好。
中國鋰電池技術賽道熱力圖
根據前瞻產業熱力圖顯示，與鋰電池關鍵技術強關聯的城市叢集主要集中在華南和華東地區，並且以廣東、江蘇省市為重點發展區域，未來鋰電池技術及其他相關技術的發展路徑，極大可能性在於華南、華東地區優先匯入，其中可重點關注廣東省深圳市龍華區、寶安區及江蘇省揚州市高郵市所處鋰電池的相關企業，以及該地方對於鋰電池的產業發展投資環境、供給市場的潛力空間。
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