锂离子电池的发展始于消费领域，目前在动力和储能领域发展迅速。

动力锂电池、储能锂电池分别有哪些关键技术？电池材料的新技术发展方向是什么？

锂电池技术路线。

锂离子电池是指以锂为能量载体的二次电池(充电电池)。充电时，锂离子脱离正极，通过电解液和隔膜嵌入负极，放电相反，也称为摇椅电池。

根据正极材料的不同，锂离子电池分为磷酸铁锂电池和三元锂电池。

磷酸铁锂材料生产资源丰富，成本、循环寿命、热稳定性优于三元材料，适用于商用车、低端乘用车、储能等领域。三元锂电池理论比容量(能量密度)高60%，充电率更高，低温性能更好，适用于中高端乘用车等领域。

磷酸(锰)铁锂电池与三元锂电池的性能对比。

锂电池封装工艺。

根据包装工艺的不同，锂离子电池可分为方形电池、软包电池和圆柱形电池。

根据封装工艺对锂离子电池进行分类。

方形电池的优点是包装可靠性高，结构简单，单体能量密度高，系统组装效率高，稳定性好。缺点是型号多，工艺难统一，单体差异大，使得系统使用寿命低于单体使用寿命。

软包装电池采用铝塑膜包装，具有能量密度高、电池组小、循环寿命长的优点。缺点是高端铝塑膜依赖进口，生产效率低，成品率低。

圆柱形电池硬壳包装可靠性高，具有电池一致性高、工艺成熟、成本低、电池产品良率高、散热性能好等优点。但缺点是组装后散热设计难度大，系统能量密度低。

分析三种锂离子电池的优缺点。

动力锂电池技术路线。

磷酸铁锂动力电池回归主导地位。

近三年来，随着政策补贴力度的下降，磷酸铁锂在成本和安全方面的优势逐渐显现，市场安装迅速增加，市场份额逐年增加。2021年，三元电池安装量实现反超，2022年上半年动力电池份额增至55%。

中国动力电池产品结构装机量在2018-2022H1年的比例发生了变化。

到2025年，中国动力电池安装能力保持高速增长，复合增长率达到49%。由于中国新能源汽车的快速增长，2022年上半年中国动力电池安装能力达到110.1GWh，同比增长109.8%，预计2022年安装能力将超过280GWh，2025年安装能力将超过750GWh。

在高比能量方面，三元软包电池的单体能量密度最高可达300Wh/kg。现在三元方壳电池的单体能量比接近300Wh/kg，系统能量密度达到255Wh/kg。磷酸铁锂刀片(方形)电池的能量密度接近170Wh/kg，系统能量密度超过140Wh/kg。三元软包电池的能量比已经达到300Wh/kg，系统能量密度接近220Wh/kg。

动力电池单体结构系统能量密度的发展。

动力锂电池的主要技术方向。

在高安全性方面，现阶段电池的安全性能主要通过三种方式提高:本体安全、过程安全和消防安全。本体安全主要依靠不燃和不燃电解液、高熔点隔膜和正极材料的改性和涂层来提高电池的本体安全性。

动力电池安全防控技术。

就长寿命而言，磷酸铁锂电池的使用寿命一般高于三元电池。磷酸铁锂刀片电池使用寿命超过5000次，其次是三元软包电池，使用寿命超过3000次，再次是方形电池，使用寿命超过2000次，圆柱形电池使用寿命略低，约1000次。

在快充性能方面，三元电池倍率从目前的2C左右发展到5C倍率，充电时间缩短60%。通过提高充电电压和电池大电流耐受性，许多企业正在提高三元电池的能量补充速度，提高电池的快充性能。

中国动力电池技术分析与发展趋势。

锂电池储能技术路线。

主要应用场景是大型储能。

未来三年，中国储能电池出货量将保持高速增长，年均增长率将超过50%。2021年，中国储能电池出货量达到48GWh，同比增长167%，预计2022年装机量将超过90GWh，同比增长88%，2025年装机量将超过324GWh。

中国储能锂电池2019-2025年出货量及预测(GWh)

资料来源：GGII。

国产储能电池主要用于大型储能(电力系统储能)、通信系统储能、家庭储能和便携储能。大型储能是储能电池的主要应用场景，主要用于发电侧、电网侧和用户侧的储能集装箱系统。出货量占61%，其次是通信系统储能，主要用于通信基站备电，占25%。家用储能产品主要出口国外。便携式储能占比最小，只有3%。

国内储能电池2021年出货量结构。

资料来源：GGII。

许多企业以储能电池进入储能电池市场。

储能电池正处于快速发展阶段，市场结构尚未确定。当代安普瑞斯科技有限公司以其强大的控本能力和规模优势而居上。目前与国家电网、五大发电集团、科士达、星云、阳光电源等企业建立了广泛合作，暂居第一；借助海外市场，鹏辉能源在家庭储能方面迅速扩张，占据国内出货量第二；比亚迪深入欧美市场，客户和渠道优势稳定，暂时在中国排名第三。

中国储能电池企业2021年全球储能电池出货量(MWh)

资料来源：CNESA。

储能电池产品的发展趋势是产品标准化、大电池化、去模块化，所有企业都在进入这个行业，努力做大做强。三年后会出现强者恒强的局面，没有规模优势和高性能电池R&D设计能力的中小玩家会加速被淘汰。

2022年国内主要新建储能电池项目。

磷酸铁锂电池已成为国内主流路线。

锂电池的性能要求包括能量密度、功率密度、成本、使用寿命和安全性。储能应用放宽了对电池能量密度和功率密度的要求，强调降低了储能成本。储能电池需要低成本、长寿命，保证电池应用的安全。

磷酸铁锂电池的性能和储能需求适应性较高，已成为国内主流路线。

三元锂电池的能量密度和功率密度高，但成本高，安全性相对较弱。2022年6月，国家能源局综合司《25个关键要求(2022年版)防止电力生产事故(征求意见稿)》提出，三元锂电池和钠硫电池不得用于中大型电化学储能电站，动力电池不宜用于梯级使用。

磷酸铁锂电池安全性好，循环寿命长，金属资源储量丰富，成本低，环保，已成为储能电池的主要选择。

大型储能技术的发展方向。

大型储能装机规模一般在MWh级以上，大型电芯有望成为主流。

大型储能系统是促进可再生能源大规模应用和构建新型电力系统的重要设施。它可以起到调峰、调频、备用容量、平滑输出、缓解电网堵塞等作用。，包括发电侧和电网侧的储能。通常，使用的电池主要是大容量方形电池。

在储能应用中，280Ah及以上的大容量电池可以有效降低储能系统的成本，降低集成难度，具有明显的优势。原来的50Ah和100Ah电池产品正在逐渐被电力储能场景所取代。

大电池280Ah及以上的优点和挑战。

电力储能大电池的发展趋势是显而易见的。在需求方面，大型电力储能设施的业主和投资者对280Ah大电池的关注度迅速上升。华能、中国能源建设等业主在最新的储能电池招标中要求单体容量不低于280Ah。

供给方面，自2019年宁德时代推出280Ah电池以来，国内已有10多家电池企业推出280Ah电池产品；海辰、中创新航等电池厂商均加码扩产280Ah电池。

2020年以来，国内280Ah电池生产线的扩张(部分)

户储技术的发展方向。

家庭场景对电池能量密度的要求相对较低。影响用户体验的主要是产品的整体设计，包括电池管理和全屋能源配置。对电池性能的要求相对放宽，主要强调安全和降低成本。

家庭储能系统规模为10kWh级，大型圆柱形电池(单体容量10Ah-50Ah)，方形(50Ah-300Ah)，软包(30Ah-80Ah)方案均为公司选择，目前家庭储能所采用的电芯封装路线尚未定型。

软包、圆柱等都可以作为家庭储电芯的选择。

小电池可能会成为家庭储存的主流。目前，欧洲家庭储备市场正在经历低压向高压系统的产品迭代。高压平台可以降低电流，从而控制系统的发热，提高放电效率。当储能系统容量不变时，高压系统对应的电池容量会降低。比如低压平台的储能电池大多是100Ah，高压平台逐渐向50Ah过渡。100Ah以下的小容量电池在家庭储存领域的应用寿命仍然很长。

电池材料的关键技术。

五种电池材料。

锂电池的主要直接材料是正极、负极、电解液、锂电铜箔和隔膜。

中国五大关键电池材料市场占比在2015-2021年发生变化。

资料来源：EVTank。

正极材料是最重要的材料成本，约占55%。锂离子电池主要分为磷酸铁锂电池和三元电池，不同的正极材料。动力电池都有。目前国内几乎所有的储能电池都是磷酸铁锂电池。

包括人造石墨和天然石墨在内的负极材料占总成本的14%左右。人造石墨可用于动力电池和储能电池，而天然石墨多用于消耗电池。

电解剂占总成本的13%左右，其主要成分是溶质、溶剂和添加剂。溶解剂包括LiPF6和新锂盐LiFSI，是主要成本来源。PC、EC、DMC、DEC、EMC等溶剂主要用于成膜、过充保护、耐低温、阻燃、提升倍率等，VC、FEC、PS、LiBOB、DTD、LiDFOB等常用产品。

锂电池铜箔为电解铜箔，成本占8%左右。锂电池铜箔用于锂电池负极集流体。

隔膜占总材料成本的4%，分为湿隔膜和干隔膜。湿隔膜的主要成本是PE，干隔膜的主要成分是PP。

锂离子电池材料2021年市场结构估算。

资料来源：EVTank。

锂电池的上游原料主要包括锂矿、镍矿、钴矿、锰矿、铁矿等金属资源，以及石墨矿、硅、磷酸盐等非金属矿物资源，主要包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液、锂电池铜箔等。

电池产业链全景图。

钴、镍、锂在电池材料上游矿产资源中依赖海外进口。全球电池材料如中国正极/负极/电解液/隔膜的市场份额分别为55%/92%/86%/73%，但中国重点基础材料钴、镍、锂仅占全球储量的1.95%/1.57%/6.31%，钴/镍/锂依赖进口。钴/镍/锂市场景气度较高，新能源汽车需求迅速增长。

正极材料。

2021-2022年磷酸铁锂供应紧张，产能扩张加快。2023-2025年存在结构性过剩风险。预计2022年国内磷酸铁锂出货量约为95万吨，年初产能分别为94万吨，产品供应紧张。随着2023年磷酸铁锂产能的快速释放，产能存在结构性过剩风险。

中国磷酸铁锂材料企业2021-2025年产能规划及需求预测。

(万吨，不完全统计)

2022-2025年三元材料供应紧张，三元材料企业产能扩张谨慎。预计2022-2025年国内三元材料出货量分别预测为62/88/123/170万吨，而每年年初产能分别为62/100/125/155万吨，产能供应相对紧张。

中国三元材料产能规划和需求预测2021-2025。

(万吨，不完全统计)

磷酸铁锂正朝着高压、低温、高能密度的方向发展。

磷酸铁锂材料的性能接近理论瓶颈，很难大大提高材料本身的性能。目前，磷酸铁锂正极材料正在低成本、长循环地发展。目前正在开发的材料包括高压密度、快充和高能密度材料(如磷酸锰铁锂)。

为了进一步提高电池的能量密度和快充性能，三元材料向高镍、低钴(无钴)、单晶、四元等方向发展。，并探索包覆和掺杂固态锂电池材料、富锂锰基正极材料等技术的发展方向。

负极材料。

石墨负极产能在2021-205年相对紧张。2021-2025年，石墨负极需求分别预计为78/109/146/196/270万吨，而当年年初的产能分别为53/81/133/213/259万吨。

中国负极材料企业2020-2025年产能规划和需求预测。

(万吨，不完全统计)

主流负极材料是人造石墨的负极材料，占市场总量的80%以上，而且市场份额仍在上升。

负极材料细分产品占有率。

硅基材料结合了碳材料的高电导率、稳定性和硅材料的高容量优点。

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