能量密度提高40！研究开发出硅凝胶电解质系统 电动汽车续航里程1000公里成为可能

瞻观前沿

如今的电动汽车一次充电可以行驶700公里左右，而研究人员的目标是电池续航里程达到1000公里。研究人员正在探索将以高存储容量著称的硅用作电动汽车锂离子电池的阳极材料。然而，尽管硅具有潜力，但将其投入实际应用仍然是研究人员仍在努力解决的难题。

浦项科技大学化学系的Soojin Park教授、博士候选人Je Minjun和Hye Bin Son博士。他们破解了密码，使用微硅颗粒和凝胶聚合物电解质开发了一种便于携带、坚如磐石的下一代高能量密度锂离子电池系统。这项工作发表在《先进科学》杂志上。

研究团队应用凝胶聚合物电解质开发了一种经济稳定的硅基电池系统。锂离子电池中的电解质是一个关键部件，有助于离子在阴极和阳极之间的移动。与传统的液体电解质不同，凝胶电解质以固态或凝胶状态存在，其特征在于弹性聚合物结构比液体电解质具有更好的稳定性。

结果是显著的：即使使用比传统纳米硅阳极大一百倍的微硅颗粒(5μm)，电池也表现出稳定的性能。此外，研究团队开发的硅凝胶电解质系统表现出与使用液体电解质的传统电池相似的离子导电性，能量密度提高了约40%。此外，该团队的系统具有显著的价值，因为其简单的制造过程可以立即应用。

Soojin Park教授强调，我们使用了微硅阳极，但我们拥有稳定的电池。这项研究使我们更接近真正的高能量密度锂离子电池系统。

图片来源：浦项科技大学

技术价值观察

锂电池行业上游的原材料主要包括正负极材料、电解液、隔离膜等。其中，正极材料是锂电池最为关键的原材料，直接决定了电池的安全性能和电池能否大型化，同时也是锂电池成本占比最高的材料，约占锂电池电芯材料成本的40%左右。锂电池行业的中游包括电池系统的研发制造、电池系统集成组装等。锂电池行业下游的应用领域主要为消费电池、动力电池和储能电池。

研究团队应用凝胶聚合物电解质开发出经济且稳定的硅基电池系统，是电动汽车的电池续航里程1000公里成为可能。因此，从锂电池产业链上看，该技术处于产业链的上游原材料环节。

宏观市场观察

——锂电池的类型

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：

——锂电池行业主要技术对比

根据锂电池正极材料的不同，锂电池可分为磷酸铁锂电池和三元电池。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。

按电解质的不同，锂电池可分为液态锂电池和固态锂电池。固态锂电池和传统的锂电池最主要的区别在于固态电池电解质为固态，相当于锂离子迁移的场所转到了固态的电解质中。固态电池的优势主要有能量密度较高、热稳定性较好等。

——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。

中国锂电池技术赛道热力图

根据产业热力图显示，与锂电池关键技术强关联的城市集群主要集中在华南和华东地区，并且以广东、江苏省市为重点发展区域，未来锂电池技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华南、华东地区优先导入，其中可重点关注广东省深圳市龙华区、宝安区及江苏省扬州市高邮市所处锂电池的相关企业，以及该地方对于锂电池的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

经济学人APP资讯组

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标签： 锂电池 电解质 电池 随笔