研究开发出镍基电极材料 为电动汽车无钴电池开辟新途径

瞻观前沿

许多电动汽车由依赖钴的锂离子电池提供动力，钴是一种稀有且昂贵的金属，具有很高的环境和社会成本。来自日本和法国大学的研究小组现已开发出一种实用的镍基电极材料，为电动汽车无钴电池开辟了新途径。研究人员在《储能材料》杂志上发表的一项研究中详细介绍了他们的发现。横滨国立大学的Naoaki Yabuuchi表示，无可否认，锂离子电池需要无钴高能电极材料。

在大多数便携式电子产品的锂离子电池中，正极含有钴酸锂 (LiCoO 2 )，这是一种具有高稳定性和能量密度的化合物。然而，有限且充满挑战的钴供应链给大规模电池(包括电动汽车中使用的电池)造成了瓶颈。此外，钴提取会产生有毒废物，污染土地、空气和水。为了解决这些问题，镍酸锂 (LiNiO 2 )(其结构与 LiCoO 2类似)通常用作电极材料的无钴替代品。然而，关键的不稳定问题困扰着该化合物，特别是与镍离子迁移相关的高压区域的容量逐渐丧失。

在对与纳米级磷酸锂(Li 3 PO 4 )集成的LiNiO 2进行详细分析后，研究人员观察到，在某些条件下，由于Li层内额外镍离子的排斥静电相互作用，有问题的镍离子迁移得到了有效抑制。此外，根据这些发现，还使用简单的方法合成了缺乏锂的LiNiO 2，​​Li 0.975 Ni 1.025 O 2，​​在Li层中具有额外的镍离子，无需磷整合。结果还表明，Li 0.975 Ni 1.025 O 2如何有效减轻不利的镍离子迁移，并在没有钴离子的情况下提供一致的可逆性。

Yabuuchi 表示，这些发现为开发高性能、实用的无钴镍基电极材料开辟了新的方向，方法非常简单且具有成本效益。这种材料实现了高性能镍基电极材料的最终目标。

图片来源：摄图网

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。

研究人员开发出一种实用的镍基电极材料，代替锂离子电池中的钴材料。因此，从锂电池产业链上看，该技术处于产业链的上游环节，对原材料产生较大影响

宏观市场观察

——全球锂电池细分市场：动力与储能锂电池的市场份额有望提升

锂电池的细分市场主要为动力锂电池、储能锂电池和消费锂电池，其中，动力电池的下游应用领域主要为新能源汽车，储能电池的下游应用领域主要为电力系统，消费电池的下游应用领域主要为手机等消费电子。

从全球锂电池产量来看，动力锂电池占据了主要的产量份额，达到了70.8%，其次是消费锂电池，锂电池产量市场份额为22.2%，储能电池的市场份额最小，为7%。随着全球各国碳达峰战略的提出，全球各企业纷纷部署动力电池与储能电池产线，新能源汽车与储能市场的蓬勃发展有望推动动力锂电池和储能锂电池的市场份额进一步提升。

——全球锂电池需求情况：2025年市场规模将翻番

根据Research and Markets调研数据显示，2020年全球锂离子电池市场价值约为405亿美元，预计2026年市场将以14.6%的GACR增长，达到近920亿美元的规模，超过2020年市场规模的一倍。

——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。

——锂电池相关国家重点研发计划项目数量

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。

——锂电池专利聚焦领域

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。

——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。

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地区，并且以深圳、东莞市为重点发展区域，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地区优先导入，其中可重点关注广东省深圳市龙华区、广东省东莞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。

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标签： 锂电池 材料 电池 随笔