锂离子电池在新能源市场的现状与未来发展方向

李晨光

摘要：锂离子电池，占据电池市场主导地位的化学电池之一;它的研究发展迅速，仅用四十余年就从理论阶段进入到商业化量产阶段，并通过能量密度高、循环利用性能优异等优势迅速占领电池市场，成为手机、笔记本电脑、电动车等一系列中高端电子产品的首选电池。本文主要浅析锂离子电池在全球新能源市场上的发展历程、现状以及发展方向。

关键词：锂离子电池;新能源产业;发展方向

1 锂离子电池的基本特点与发展历程

锂离子电池主要由正负极、电解液（或电解质）、隔膜等元素组成，它的正负极可以自由嵌入、脱嵌锂离子Li﹢。在充电与放电期间，Li﹢在正负极之间定向运动，从而释放与储存电能。

锂离子电池的发展历程开始于1962年。在波士顿召开的电化学学会秋季会议上，来自美国军方的Lockheed Missile and Space Co.的Chilton Jr.和Cook提出“锂非水电解质体系”的设想[1]，这引出了锂金属在电池上应用的可能性，锂电池的雏形由此开始形成;伴随着电池正负极材料与电解质的革命性发展，1973年氟化碳锂原电池在松下电器实现量产，锂原电池第一次进入商业化阶段[2]，1991年标志着电池业一次革命的第一块商业化锂二次电池由索尼公司推出[3]，自此锂二次电池的商业成品正式量产化销售，也开始在普通民众的日常生活用品中普及开来。

2 锂离子电池的市场现状

目前，铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池与锂离子电池作为主要的4种电化学二次电池在电池市场上发光发热。其中锂离子电池所具有的长时间的使用寿命、良好的循环性能、充放电稳定、能量密度高等优点，使得它在电子设备与新能源汽车领域广受厂商们的青睐。

当下锂电池的正极材料，有已经技术成熟商业化的磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）、钴酸锂（LiCoO2，LCO）、镍钴锰三元材料等，也有正在研究的高电压的氧化物正极、高容量的硫化物正极等。而负极材料上主要使用石墨负极，硅、锂等则为新型负极材料的研究对象。

根据德勒的数据显示，2017年-2020年，全球锂离子电池需求量持续上升，年增长率达到了22.17%。2016-2020年，由于我国对新能源汽车产业出台了一系列的扶持政策，推动电动车行业上游锂电行业的迅猛扩张，五年间年复合增长率达到了24.3%，2020年，我国的动力电池终端需求达到了67GWh。

现如今，新能源行业飞速发展。作为新时代科技与环境友好的代表，锂离子电池已经一跃成为一颗新星，成为新能源产业中至关重要的一环。

3 锂离子电池的未来前景

（一）全球市场上，锂离子电池需求量稳步上升

受益于全球节能减排趋势及欧盟达成的碳排放协议，全球锂离子电池市场在2018年后进入需求高速发展时期。德勒的数据显示，2017年-2020年，全球锂离子电池需求量持续上升，年增长率达到了22.17%。2020年，全球锂离子电池需求量达到了279GWh

随着电动汽车在大众汽车市场中愈发普及，越来越多的人选择购买新能源汽车。预计2021-2025年的电动汽车在汽车市场上的占有率增长34.4%，而到了2025年，全球锂离子电池整体需求量將达到1223GWh。

此外，2020年欧洲成为了全球第一大新能源汽车市场和全球第二大动力电池消费市场，目前欧洲动力电池终端需求占比达到了30.4%，这将推动欧洲动力电池市场需求大幅增长。

（二）中国动力电池需求仍将保持稳态高速增长

中国拥有全球最大的汽车消费市场和新能源汽车销售额。2015-2020年，中国的动力电池需求量一直位居世界第一。如图1所示，中国的新能源汽车上游产业锂电设备行业的市场规模也在逐年稳步扩大。目前在中国，电池终端消费需求占比已达到了44.1%。德勒预计，2021-2025年我国动力电池需求量年增长率将达到40%，2035年达到360GWh;到2025年，新能源汽车销售量在汽车总销售量中占比可达20%，2030年将会有一半的汽车销量是新能源汽车。伴随着中国政府新出台的关于新能源汽车行业和其上下产业链行业的扶持政策，中国锂离子电池行业前景依然广阔。

（三）锂离子电池的未来发展方向

未来，锂离子电池需要在新能源市场上继续放光发热扩大规模的同时，也要不断改进和完善当前锂离子电池的缺点与不足，比如：①减少温度尤其是低温对电池的性能影响;②目前锂离子电池的能量密度已几乎到达瓶颈，需要各新能源厂商探索新的锂电池正负极材料或新的锂离子电池类型（如固态锂电池）;③新能源车企对于电池的可靠性和安全性的高要求与目前新能源汽车所用电池的低质量相矛盾，这使得目前新能源汽车;④锂离子电池的充电速度仍有待提升。在新能源汽车行业上：与传统油车相比，电动汽车的充电速度远远慢于其加油速度，这导致电动汽车对于充电站、充电桩的数量需求远大于传统油车对于加油站的需求。尤其是在节假日期间出行时，高速公路上经常出现电动汽车“一桩难求”，充电难、充电时间长等问题亟待解决。

此外，锂离子电池的生产成本也需要进一步压低，要做到与传统油车相比在价格上也能更有优势、更能让消费者接受。

在未来，随着新材料和新制备工艺的使用，锂离子电池有许多可能的发展方向。其中固态锂离子电池是其中最符合需求，也是最具有希望的发展方向。它可以解决目前锂离子电池关于正负极材料与电解液选用的局限性，从而有更大更多的选择范围[4]。

固态锂电池与传统液态锂电池相比，具有以下特点：

（1）固态锂电池的安全性更高

液态锂电池在新能源汽车上使用时，如果电池在使用过程中受到挤压或撞击变形，致使内部电解液泄漏，其自燃或者爆炸的概率较高，电池的可靠性与安全性难以保证。而固态锂电池内部的固态电解质不可燃、耐高温，使得电池本身受到撞击或发生泄漏时，并不会发生自燃爆炸现象，这与传统液态锂电池相比更加可靠安全。

（2）固态锂电池的能量密度更高

当使用固态电解质后，由于其电化学窗口较宽，电池的正负极材料与传统锂电池相比有更多种多样的选择：负极上除去传统石墨负极，还可以使用碳复合硅基负极等;正极上可使用高镍正极等高电压的材料。由于正负极材料的选用范围与传统液态锂电池相比更加宽大，这给予了锂电池在能量密度方向上很大的发展空间，有利于未来锂电池的技术发展。

（3）固态锂电池理论上还可以满足新能源汽车的其他需求

除了安全可靠、能量密度高以外，循环利用、低污染、温度敏感性低等因素也是各新能源厂商重点关注的对象。固态锂电池也可以通过改变正负极电极的体积结构、材料，使用凝胶态界面等技术来满足锂电池耐极高温、耐极低温、耐穿刺挤压、循环寿命长等各类需求。

4结语：

现代科学技术不断发展创新，面对新时代的碳中和理念、全球节能减排趋势等对环境友好的发展诉求，面对石油、煤矿、天然气等不可再生能源的未来枯竭可能，污染严重、效率低下的传统能源产业势必要向新能源产业转型发展;而锂离子电池作为新能源产业中的中流砥柱，不管是普通民众的日常生活方面，还是军事和工业上的专业领域，它的使用量将会进一步提升。高效率、高安全性、高能密、低成本是未来锂离子电池的主要发展方向。

参考文献：

[1]Chilton Jr，Cook J E.ln：Abstract，ECS Fall Meeting，Bos-ton，1962.90-91

[2]森田昌行，池田宏之助等编著.次时代型リチウマ二次電池.東京：エヌ.テイ？.エス，2003，5[Morita Met al eds.Next General Lithium Secondary Battery.Tokyo，2003，5[in Japanese]]

[3]黄彦瑜.锂电池发展简史[J].物理，2007，（08）：643-651.

[4]田桂丽.固态锂电池发展现状与技术进展[J].化学工业，2018，（06）：30-35+43.