化石能源正在逐渐走向枯竭，同时化石燃料燃烧引起的环境污染也不容忽视，因此寻找一种清洁可循环的新能源技术成为当今主题。据统计，当前全球汽车保有量大约为8亿辆，全球石油消耗量超过65％属于交通耗费，新能源汽车自然而言受到迫切关注。动力电池占据新能源汽车整车成本约40%，其发展动态是新能源汽车行业的重点关注对象。

一、全球动力电池格局

锂离子动力电池行业巨大的市场前景，各国相关企业纷纷布局动力电池产业，制定了发展规划。

在新能源汽车的动力电池产业中，日韩起步较早，中国则作为后起之秀奋起直追。当前锂离子动力电池行业基本发展成中日韩“三足鼎立”的格局，且各自都有行业龙头企业。

三大动力电池厂商产能情况一览

日本松下（Panasonnic）早在1994年就开始研发锂电池，由住友财团支持，2008年开始与全球最大电动汽车企业特斯拉合作并于2014年共建超级电池工厂。韩国LG化学（LGC）在1996年开始研究锂电池，2010年成为通用雪佛兰Volt电动车唯一供应商。中国企业宁德时代（CATL）作为中国锂电池行业的龙头，创立于2011年，2012年与德国宝马集团达成战略合作，成为其核心供应商。

2021年第一季度全球动力电池装机量及市占率（前十）

（来源：公开信息，德勤分析整理）

二、主要类型的动力电池市场份额

目前动力电池市场主要有三元锂电池、LiFePO₄电池、LiMn₂O₄电池、钛酸锂电池（根据正极材料形式命名）等。从动力电池整体配套的情况来看，三元锂电池和LiFePO₄电池占据了动力电池的大部分市场。

2021年上半年中国市场动力电池装机种类

（来源：公开信息，德勤分析整理)

LiFePO₄和三元锂电池性能指标对比

(来源：参考文献2)

整车厂电池类型及续航能力

(来源：公开信息，德勤分析整理)

三、从全球专利数据看高能量密度锂电池技术趋势

电动汽车的续航能力是制约电动汽车发展的一大因素。为了提高整车的续航能力，提升动力电池能量密度成为首要条件，因此全球车用高能量密度锂离子电池技术一直都是电动车行业的重点。下文将2434件全球车用高能量密度锂离子电池技术领域相关发明专利来窥视一下车用高能量密度锂离子电池技术发展趋势。

增加电池能量密度主要有两种技术路线，路线1：从电池电芯能量密度出发，主要依靠化学体系的突破；路线2：针对系统能量密度的提升，则是合理设计单体电芯和模组排布结构，实现电池系统的“减重瘦身”。路线1“提高电池电芯能量密度”相关专利申请量占比为88%，在路线1中，“主要材料”和“制造工艺的优化”是提高电池电芯能量密度专利技术布局的要点，其中主要材料相关占专利申请总量的61%。

车用高能量密度锂离子电池专利技术构成分析

(来源：参考文献1)

#主要材料之正负极材料#锂离子电池正极提供锂源，负极接纳储存锂，电解液传导锂离子，隔膜作为隔离屏障和离子通道。其中正负极材料决定了电芯理论容量上限，专利申请占据了主要材料的绝大部分。目前已商业开发应用的正极材料主要有镍钴锰或镍钴铝三元材料、磷酸铁锂和锰酸锂等；负极材料主要有石墨、硅碳和钛酸锂等。分析正、负极材料相关的专利，提高电池电芯能量密度的技术方案可归纳为以下四个方面。

电极材料专利技术分布

(来源：参考文献1)

1）材料改性（相关的专利申请总量的71%）。是有效提高现有材料比容量的主要途径。专利中提到的材料改性的技术手段主要有：①元素掺杂，主要针对正极材料进行金属元素掺杂（如：钴、镍），提升比容量、导电性和结构稳定性等性能；②包覆层，主要有碳包覆和有机聚合物包覆，包覆改性可以提高正、负极材料的导电性、稳定性和吸液保液能力，还可提高材料压实密度，提升锂离子电池的比容量。③构筑复合/混合体系，保留发挥两种或多种材料的优势，如：三元+磷酸铁锂混合体系；硅碳复合体系，既兼顾高比容量又可降低成本；

2）优化材料的制备方法（相关的专利申请量占比10%）。通过改良沉淀、粉碎和烧结等前驱物制备条件或针对性的选用水热法、溶剂热法、溶胶凝胶法等方法，可以提高材料压实密度，合理优化颗粒粒径分布，控制元素分布均匀度等，直接或间接地提高材料的实际容量。

3）开发新型材料（相关的专利申请量占比11%），开发有别于当前商业化材料的超高容量、低成本、制备简单的新型材料以突破现有材料的容量局限是研究高能量密度锂离子电池的重要方向之一，如锂-金属电池、锂-空气电池。

4）扩宽电芯的充放电电压范围，获得更高的使用容量，但材料结构稳定性易被破坏，带来安全风险，专利申请量占比为8%。开发高稳定性的高压正极材料或低放电电压负极材料是该技术方案的重要研究方向。

#主要材料之电解液#电解液是锂离子传输的载体，锂离子传导效率对电池的容量有重大影响。电解液相关专利技术方案主要有以下几类：

1）功能添加剂优化，加入相应的功能添加剂可以提高离子传导，改善浸润性，降低内阻，进而提高电池容量。

2）耐高压电解液，针对性地搭配高压电极材料应用，起保护电极材料的作用，保障高压高容量电芯的容量发挥，对开发出具有高安全性、高能量密度、长循环寿命的动力电池具有重要意义；

3）固态电解质，减少在固态电解质分解的副反应，减轻锂损失，有利于保障高容量发挥，同时固态电解质具有不燃特性，特别适用于高安全高能量密度储能电池。

参考来源：

[1]靳文婷,廖满生,黄骥,魏子栋.车用高能量密度锂离子电池技术发展态势——基于全球专利的数据分析[J/OL].储能科学与技术:1-14[2021-10-19].

[2]温宏炎,匡中付,丁铭奕,熊志奇,路锦程,周金政,鲁燕军.锂离子动力电池市场分析及技术进展[J].电池工业,2020,24(06):326-329+334.

粉体圈编辑：FOCUS