下一代有机、无钴电池：采用碳基阴极材料，安全循环超过2000次【附锂电池技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

在转向“绿色”能源的过程中，对可充电锂离子电池的需求正在激增。然而，它们的阴极通常含有钴，这种金属的提取会带来高昂的环境和社会成本。现在，美国化学学会中央科学中心的研究人员报告评估了一种地球储量丰富的碳基阴极材料，该材料可以替代钴和其他稀有且有毒的金属，而不会牺牲锂离子电池的性能。

之前的研究人员已经用更丰富、成本更低的含碳材料(包括有机硫和羰基化合物)开发了阴极，但这些原型无法与传统锂离子电池的能量输出和稳定性相媲美。因此，Mircea Dincă 和他的同事想看看其他碳基阴极材料是否可以更成功。他们可能在双四氨基苯醌(TAQ)中找到了一个有价值的候选者。TAQ 分子形成层状固态结构，有可能与传统的钴基阴极性能竞争。

Dincă 团队之前的研究表明 TAQ 作为超级电容器材料的有效性，在此基础上，Dincă 的团队测试了该化合物在锂离子电池阴极中的应用。为了提高循环稳定性并增加 TAQ 对阴极不锈钢集电器的粘附力，他们在 TAQ 阴极中添加了含纤维素和橡胶的材料。

在研究人员的概念验证演示中，新型复合阴极安全循环超过2000次，提供的能量密度高于大多数钴基阴极，并且在短短六分钟内完成充放电。

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。

研究人员利用碳基阴极材料代替钴和其他稀有且有毒的金属，因此，该技术处于锂电池产业链上游环节。

宏观市场观察

——锂电池技术概况：技术路线多样化

目前，锂电池技术路线呈现多样化的特点。根据正极材料的不同，主流锂电池技术路线可分为三元锂电池、磷酸铁锂电池;根据封装方式的不同，锂电池技术路线可分为软包、方形和圆柱;根据电解质的不同，锂电池技术路线可分为液态电池、固态电池。

——锂电池行业主要技术对比

根据锂电池正极材料的不同，锂电池可分为磷酸铁锂电池和三元电池。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。

——固态电池技术分析

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。

——锂电池技术发展方向及趋势：短期提高电池能量密度、长期技术路线多元化

短期内，提高锂电池能量密度主要通过对现有材料体系的迭代升级和电池结构革新来实现。其中，锂电池材料体系的迭代升级包括正负极材料、电解液和隔膜的迭代升级;电池结构革新又包括电芯、模组、封装方式等的结构改进和精简。

从长期来看，由于磷酸铁锂电池能量密度上限较低，并且为了应对不同应用场景下的不同需求，锂电池技术路线将朝多元化方向发展。除了酸铁锂电池和三元锂电池之外，固态电池、磷酸锰铁锂电池、富锂锰基电池等新型锂电池技术路线的发展趋势向好。

中国锂电池技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示，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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更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国锂电池行业发展前景与投资战略规划分析报告》

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