2022-11-22
日前，前瞻产业研究院院长、前瞻碳中和战略研究院院长徐文强在“第二十四届中国国际高新技术成果交易会”上发表了《中国锂电产业发展的风险挑战和技术前瞻》的主旨演讲，为双碳背景下的锂电关键技术投资机遇和发展挑战带来了新的见解。
中国成为全球最大锂离子电池市场，新能源汽车和储能领域未来可期
上个世纪七十年代，世界上第一块锂离子电池诞生。经历了二十多年的发展，锂离子电池才真正实现了商业化。
随着锂离子电池不断发展，国内外锂离子电池市场不断增长。2021年，全球锂离子电池出货量为562GWh，同比增长91%；而中国锂离子电池出货量达到327GWh，同比增长130%。中国不仅是全球最大的锂离子电池市场，市场增速也领先全球。
2015-2021年国内外锂离子电池出货量情况（单位：GWh）
2016-2021年国内外锂离子电池市场增速对比（单位：%）
（资料来源：GGII；EVTank前瞻产业研究院整理）
除了对出货量的需求外，对锂离子电池应有领域的需求也不断丰富。目前，市场上的锂离子电池主要分为消费型、动力型和储能型。在中国上，动力型电池逐渐成为锂离子电池行业主导力量。
2012年，中国锂离子电池主要为手机、电脑等消费型电池产品，市场占比高达92%，动力型锂离子电池市场仅占5%。随着电动车产量迅猛增长，动力型锂离子电池出货量与日俱增， 2021年动力型锂离子电池产量占比达到68%。
2012-2020年中国锂离子电池结构变化情况（按出货量）（单位：%）
（资料来源：工信部；中国电子信息产业发展研究院 前瞻产业研究院整理）
在锂离子电池行业的发展趋势方面，徐文强院长指出，新能源汽车和储能领域未来可期。一方面，新能源汽车成为了最大的锂离子电池市场。2030年中国新能源汽车销售规模在1700-1900万辆，这有望带动动力锂离子电池出货达到TWh级别；另一方面，在碳中和的大背景下，风电和光伏发电将成为电力行业转型的重要趋势，储能则是实现转型的重要保障。保守估计到2030年中国储能领域存在近800GWh的缺口，电力储能电池有望成为行业新的增长点。
安全问题、资源成本等成为锂电池产业发展挑战
虽然潜力巨大，锂离子电池在安全问题、资源成本、能量密度、使用寿命、低温性能和回收问题等方面存在挑战。
锂离子电池安全问题的根源主要是电池的热失控。以新能源汽车为例，近年来随着新能源汽车的推广普及，在新能源汽车保有量迅速增长的同时自燃、起火等安全事故频频发生。
由于全球锂资源分布不均有约75%都分布在政局不稳定的国家，可开采的锂矿资源项目较为稀缺，主要锂供给有限。因此下游新能源汽车和储能领域对锂资源需求的增长使得锂市场价格屡创新高，使得锂离子电池降本难。
同时，尽管锂离子电池技术和市场快速发展使得电池能量密度已有明显提升，然而缺乏可行的未来正极材料来继续提高锂离子电池的能量密度，给锂离子电池产业持续发展带来了重大挑战。
除此之外，锂离子电池的循环寿命和温度范围问题亟待解决，需要进一步提升满足未来市场需求；大规模电池退役带来的回收挑战也不容忽视。
构成材料技术创新推动锂离子电池行业高质量发展
基于锂离子电池产业发展面临的诸多挑战，产业进一步发展还需通过技术创新，促进锂离子电池产业进步。
锂离子电池性能现状及目标
（资料来源：Yi Cui等 前瞻产业研究院整理）
徐文强院长指出，提高锂离子电池的能量密度和稳定性，需要从正极、负极、电解液等重要构成材料部分找准切入点，进行技术突破创新，以推动锂离子电池行业高质量发展。
正极材料是锂电池最为关键的原材料，占锂电池成本的三成以上。正极材料包括磷酸铁锂和三元材料。其中，CTP(Cell To Pack)等结构设计创新为补足磷酸铁锂电池的能量密度短板提供了思路，比亚迪的刀片电池设计便是结构创新的典型案例；三元材料高镍化发展能够有效提升能量密度的同时，还能够通过减少资源匮乏、价格高的钴金属的含量，降低材料的生产成本和元素供应风险。
由于有机电解液的易燃性是电池热失控的重要原因之一，因此锂离子电池电解液的改进被认为是能够改善电池安全性问题的有效途径。例如添加阻燃剂、使用不易燃的电解液、用水系电解液替代有机电解液等方式可以提高电解液安全。
负极材料已经从单一的人造石墨发展到了天然石墨、人造石墨为主，随着新能源汽车能量密度要求的不断提升，需要新一代负极材料与正极材料相匹配。现实中，硅基材料可提供1000mAh/g以上的稳定容量，是最有潜力的负极材料之一。
关于前瞻碳中和战略研究院
徐文强院长在发表上述《中国锂电产业发展的风险挑战和技术前瞻》的主旨演讲时，多次提及「前瞻碳中和战略研究院」。「前瞻碳中和战略研究院」是在助力国家实现“双碳”目标，推动实现应对气候变化中长期目标和愿景，对接新发展理念和应对气候变化国家战略的时代背景下专门成立的。
「前瞻碳中和战略研究院」是以前瞻产业研究院为背景，以“自研大数据+技术落地实践”为核心，聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究，瞄准国际科技前沿，服务国家重大战略需求，为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询，帮助各类企业单位节能减排低碳转型提供解决方案，促进绿色低碳和高质量发展。