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2025-03-28 12 新能源及电力行业报告
锂离子电池发展已有30多年历史。“锂电池之父”斯坦利·惠廷汉姆于1976年提出最早的锂二次电池雏形:正极材料使用硫 化钛,负极使用金属锂并且使用含锂盐的电解液。其意义更多在于确立了锂电池基本原理。但由于电池安全性、稳定性等不 理想,始终无法商用。1980年古迪纳夫开发了钴酸锂、磷酸铁锂以及锰酸锂三大正极材料,奠定了现在主流正极材料体系。 1991年吉野彰摆脱负极锂金属限制,创新性使用石墨作为负极,进而开发了第一个商用锂离子电池。锂离子电池材料体系成熟,各类产品应用场景基本确定。据中科院研究员李泓报告,钴酸锂电池体积能量密度在600-1000Wh/L, 适合应用于消费电子领域;而高端电动汽车领域,偏向于质量能量密度更高的三元电池;储能领域,偏向于安全性、成本优势 更突出的磷酸铁锂电池。但面对未来综合要求更高的应用场景(航空航天、国防军工等),液态锂离子电池体系已出现瓶颈。
中长期政策目标偏高。《中国制造2025年》提出的电池技术目标是2020、2025年分别达300Wh/kg、400Wh/kg;而中科院研 究院吴娇杨等统计表明1991-2015年能量密度已提升3倍,GAGR约3%,按线性推算2020、2025年能量密度仅能达到300Wh/kg、 320Wh/kg。但是从实际技术发展情况看,现在的锂离子电池能量密度增速明显放缓并接近理论极限。 能量密度增速放缓,主流材料体系已接近极限。据中科院院士孙世刚,磷酸铁锂、三元电池能量密度分别小于200Wh/kg、 300Wh/kg(负极石墨),目前这些主流产品均已接近能量密度天花板。据Enpower统计,Tesla Model 3使用松下2170电池近 260Wh/kg,改用高镍正极产品的4680电池能量密度可达283Wh/kg,明显低于政策目标及线性预测结果。 打破材料、技术桎梏才能继续突破。据汽车电子设计测算,升级硅碳负极的4680电池有望实现超300Wh/kg。2022年美国 Amprius公司使用全新硅纳米线负极实现450Wh/kg。
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