低钴+固态是锂离子电池的创新方向！

编辑 | 储能头条

近日，中国电子信息产业发展研究院发布《锂离子电池产业发展白皮书（2021版）》。本文截取了文中锂电子技术方向的研究，可以看到，低钴、硅基负极材料、高安全性、固态是其方向。

新材料加快导入商用锂离子电池

为了进一步提升锂离子电池的能量密度和控制成本，2020 年国内外电池企业加快导入新的电池材料。

低钴乃至无钴逐渐成为主流。2020 年金属钴的价格持续走高，为了进一步控制电池成本，锂离子电池企业着力推动正极材料向低钴乃至无钴化发展。在 2019 年全面导入高镍 8系材料的基础上，今年则开始导入高镍 9 系材料。格林美的超低钴含量的 Ni98 前驱体产品已经进入量产认证阶段；SKI将量产高镍 9 系动力电池；LG Chem 计划在 2021 年第二季度开始大规模生产超高镍 NCMA 电池。

硅基负极材料明显受到市场青睐。硅基负极材料的理论比容量可达 4200mAh/g，是石墨的 10 倍，对锂离子电池能量密度的提升至关重要。特拉斯 2020 年 9 月的“电池日”上表示，4680 电池导入了硅负极，并要用 SiO 或者纳米硅材料解决电池膨胀问题，进而提升 20%续航里程。在特斯拉的带动下，国内骨干企业积极跟进，硅基负极材料在锂离子电池市场应用进程明显加快。此外，首个硅炭负极材料领域国家标准《硅炭》（GB/T38823-2020）于 2020 年 6 月正式发布，并于 12 月 1 日起正式实施。

电池新产品持续涌现

随着比亚迪的“刀片”电池、宁德时代的 CTP 电池包相继在动力电池市场应用，各大电池企业更加注重产品创新，立足自身基础，纷纷推出各具特色的锂离子电池新产品。

这其中以特斯拉为引领。在推出 21700 型电池并引领了行业风潮之后，在 2020 年的“电池日”上，特斯拉再次推出了新型号锂离子电池产品——“4680”型电池（确切地型号应该为 46800），该电池直径 46mm、长 80mm。按照特斯拉给出的数据，“4680”型电池的能量密度提升 5 倍、输出功率提升 6 倍，将搭载该电池的电动汽车续航里程提高 16%，每 KWh 的成本降低 14%。

2020 年，在国家强制性标准《电动汽车用动力蓄电池安全要求》的推动下，国内多企业布局“永不起火”的电池。

3 月，比亚迪推出无烟、无明火“刀片电池”，并通过了电池检测中最严酷的“针刺测试”；10 月，宁德时代对外宣布已经开发出“永不起火”的 NCM811 三元锂电池，可轻松通过热扩散测试时间不低于 5 分钟的要求；孚能科技开发全新热失控技术，联合广汽量产“永不起火”电池；12 月，欣旺达推出“只冒烟、不起火”动力电池系统并进行了视频展示，同月蜂巢能源推出了“不起火、不冒烟、自愈合”的果冻电池；2021 年 3 月广汽埃安发布了弹匣电池系统。

固态锂离子电池产业化加速推进

2020 年 11 月，专注于全固态锂离子电池的美国企业Quantum Scape 实现借壳上市，在全球掀起了新一轮固态电池热潮，尤其是锂金属作为负极材料的全固态电池。《麻省理工科技评论》更是将锂金属电池列入 2021“十大突破性技术”。整体来看，2020 年全球以锂金属电池代表的固态锂离子电池发展迅速，固态电池样品层出不穷，中试线、生产线建设取得突破，产业化进程加速推进。

从国外看，美国 SES 解决了锂金属电池的循环和快充问题，其 400Wh/kg 以上的锂金属电芯能够通过针刺、高温等安全测试，循环 500 次以上；丰田宣布推出一款固态电池，可提供 500 公里续航，10 分钟内可从空电充至满电，并且具有极小的安全隐患；Solid Power 在 10 月生产出第一代全固态电池（ASSB）原型产品，计划在 2021 年开始销售；Quantum Scape 公布了其开发的固态电池原型及技术指标；特斯拉加拿大研究小组申请了一项新专利，名为用于锂金属和无阳极电池、含有二氟草酸硼酸锂和四氟硼酸锂盐的电解质；日立造船宣布已研发出容量 1000mAh、可在严苛环境温度范围下（-40℃~100℃）运作的固态电池；三星综合技术院发表了一项关于汽车固态电池技术的研发成果，可将电池能量密度提高到 900Wh/L，体积比相同容量锂离子电池缩小 50%，循环次数高达 1000 次。

从国内看，赣锋锂业第一代 2 亿瓦时的固态电池中试线已经顺利投产；辉能科技在浙江杭州的产线建设已经启动；北京卫蓝新能源完成了 300Wh/kg 以上高镍三元正极的混合固态电池设计开发；位于宜春的清陶能源固态动力锂电池项目已经投产，搭载清陶固态电池系统的纯电动样车于 7 月在北汽新能源完成调试；比亚迪、宁德时代等骨干企业纷纷开展固态电池研究并申请专利。

2021年1月9日，蔚来汽车发布了一款单体能量密度达360Wh/kg的150kWh固态电池包产品

资本市场对固态电池的重视程度不断提升，投入也在加强。2020 年，多家国内外固态电池企业获得资本认可，拿下大笔融资，为推进固态电池量产及技术研发备足“粮草”。根据 EVTank 联合伊维经济研究院、中国电池产业研究院发布的数据显示，2030 年全球范围内固态电池的出货量或将达到276.8Gwh，整体渗透率预计将保持 10%左右。

不过，需要指出的是，虽然固态电池目前来看，前景较为明朗，在技术方面也取得了一定突破，但其面临的挑战也不少，现有的聚合物、硫化物、氧化物等固态电池技术路线都存在各种各样量产难题，需警惕行业“虚火”。

来源：中国电子信息产业发展研究院

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