电解液添加剂稳定电池阴阳极：提高锂电池充电速率，保持较长循环寿命【附锂电池技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

为了制造更好的电动汽车电池，美国能源部 (DOE) 布鲁克海文国家实验室的化学家使用电解质添加剂来改善高能量密度锂金属电池的功能。通过在分隔电池阳极和阴极的电解质中添加一种名为硝酸铯的化合物，研究团队显着提高了锂金属电池的充电速率，同时保持了较长的循环寿命。该团队的新工作最近发表在《自然通讯》上，其目标是界面——电池阳极和阴极上形成的保护层。该层可防止电池电极退化，是制造可与锂离子电池一样充电和放电次数的锂金属电池的关键。

布鲁克海文国家实验室的最新研究解决了其中一个挑战——在充电速度和循环寿命之间取得平衡。通常能够实现电池快速充电的电解质也可能与锂金属阳极发生反应。如果这些化学反应不受控制地进行，电解质就会分解并缩短电池的循环寿命。为了防止这种情况发生，布鲁克海文的化学家着手设计界面。

先前的研究表明，锂金属阳极可以用铯添加剂来稳定。但为了提高充电速率同时保持电池循环寿命，阳极和阴极需要同时稳定。布鲁克海文的科学家相信硝酸铯可以用于锂金属电池的这一目的。正如他们所假设的，正铯离子积聚在电池带负电的锂金属阳极侧，而负硝酸根离子积聚在带正电的阴极上。

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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。

研究人员利用铯添加剂来稳定锂金属阴阳极，提高了锂电池充电速率同时保持电池循环寿命。因此，从锂电池产业链上看，该技术处于产业链的上游环节。

宏观市场观察

——锂电池的类型

按照电解质材料、电池外形、外包材料、正极材料、应用领域等不同分类方式，可将锂电池分为以下几类：

——锂离子电池安全问题亟待解决

另一方面，锂离子电池安全问题也是锂离子电池技术发展的痛点之一。锂离子电池安全问题的根源主要是电池的热失控。主要是由于锂离子电池内部具有很强的燃爆条件，其内部的易燃性材料如低熔点可燃有机脂类化合物、石墨负极材料都会成为相应的“燃料”，在充放电以及运行过程中不当的热管理将成为锂电池安全事故的导火索，最终引发燃爆事故。

——中国锂电池企业全球专利活跃度

从全球锂电池行业专利申请数量排名来看，前十申请人中有五家是中国的企业，可见中国企业在全球锂电池技术创新活跃性较高。分别是国轩高科、比亚迪、国家电网、珠海冠宇和宁德时代。其中，国轩高科以2410项专利申请数量排名全球第二。

——企业核心技术布局

从企业技术布局情况来看，目前我国锂电池企业均有布局三元锂电池和磷酸铁锂电池。其中，宁德时代主要以三元锂电池为主，比亚迪以磷酸铁锂电池为主。

——锂电池企业技术创新动态

从我国锂电池行业企业最新技术创新动态来看，目前我们锂电池企业在锂电池技术上不断寻求突破，例如宁德时代凝聚态电池、国轩高科磷酸锰铁锂电池和半固态电池以及中创新航的顶流圆柱电池。

——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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