2022年中國鋰離子電池行業產量分析

　　注：本節中的產量數據統計范圍為規模以上工業企業產量數據。同比增長率的計算依據是當年樣本企業產量與其上年產量的比較，每年的樣本企業很可能不一樣。對已發布的月度數據中錯誤的修正會體現在最新發布的月度數據中，而已發布的月度數據不再另行調整。

　　一、2020-2022年全國鋰離子電池產量趨勢

圖表10　2020-2022年中國鋰離子電池產量趨勢圖

單位：億只，%

數據來源：國家統計局

　　二、2020年全國鋰離子電池產量情況

　　中投產業研究院發布的《2023-2027年中國固態鋰電池行業深度調研及投資前景預測報告》顯示，2020年1-12月，全國鋰離子電池累計產量為188.45億只，同比增長了14.4%。其中，12月份鋰離子電池產量最高，為21.66億只，同比增長了26.4%；其次是9月份，單月產量為19.93億只，同比增長了26.6%；最少是3月份，單月產量為13.34億只，同比增長了0.7%。

圖表11　2020年全國鋰離子電池產量數據

單位：億只，%

數據來源：國家統計局

　　三、2021年全國鋰離子電池產量情況

　　中投產業研究院發布的《2023-2027年中國固態鋰電池行業深度調研及投資前景預測報告》顯示，2021年1-12月，全國鋰離子電池累計產量為232.64億只，同比增長了22.4%。其中，12月份鋰離子電池產量最高，為23.12億只，同比增長了4.7%；其次是11月份，單月產量為21.77億只，同比增長了7.3%；最少是4月份，單月產量為18.71億只，同比增長了33.5%。

圖表12　2021年全國鋰離子電池產量數據

單位：億只，%

數據來源：國家統計局

　　四、2022年全國鋰離子電池產量情況

　　2022年1-12月，全國鋰離子電池累計產量為239.28億只，同比降低了0.5%。其中，3月份鋰離子電池產量最高，為22.57億只，同比增長了10.3%；其次是11月份，單月產量為21.55億只，同比下降了4.8%；最少是8月份，單月產量為17.95億只，同比下降了6.2%。

圖表13　2022年全國鋰離子電池產量數據

單位：億只，%

數據來源：國家統計局

　　固態鋰電池電極材料研究進展

　　中投產業研究院發布的《2023-2027年中國固態鋰電池行業深度調研及投資前景預測報告》指出，電池技術是新能源車、儲能等關鍵“雙碳”技術的核心，而下一代電池的研究焦點，在于比起目前商業化鋰離子電池具有更高安全性和更大能量密度提升空間的全固態鋰電池。2023年3月14日，中國科學技術大學的馬騁教授提出了一種新的關于正極材料的技術路線，可以更充分的發揮全固態電池的潛力；該成果以“Li3TiCl6asionicconductiveandcompressiblepositiveelectrodeactivematerialforall-solid-statelithium-basedbatteries”為題發表在國際著名學術期刊《NatureCommunications》上。

　　全固態鋰電池通常被認為是將目前商業化鋰離子電池中易燃的有機液態電解質替換為不可燃的無機固態電解質、但繼續使用鋰離子電池常見正、負極材料的新型電池。在過去幾十年中，關于正極的研究一度聚焦于鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等氧化物�？墒�，對全固態鋰電池而言，氧化物卻有諸多不足。首先，氧化物正極材料大多具備較低的離子電導率，因此由它們組成的復合物正極需要含有大量固態電解質才能實現令人滿意的離子遷移效率，大幅降低了電池的能量密度。其次，氧化物多為脆性材料，在循環時容易產生裂紋。由于固態電解質不像商業化鋰離子電池中的液態電解質那樣能流動并填充這些裂紋，因此在全固態電池中鋰離子傳輸將受阻于裂紋，導致電池的循環壽命降低�；�于以上原因，對全固態電池而言理想的正極材料一方面需要具備優秀的離子電導率，從而降低復合物正極中所需要的固態電解質含量、增加活性物質載量，另一方面需要具有良好的可變形性，從而確�；钚晕镔|顆粒在形成裂紋乃至破裂之后也能在外部壓力下維持良好的接觸和離子傳輸，而這兩點都很難在氧化物材料中實現。

　　中國科學技術大學的馬騁教授課題組采用非常規的材料設計思路，選擇用氯化物，而不是氧化物構筑全固態電池的正極材料。氯化物在過去幾年間作為高性能固態電解質吸引了研究者的大量關注，但是由于此類材料易溶于液態電解質，無法充當商業化鋰離子電池的正極，因此一直未被當作正極材料進行過系統、深入的探索�？紤]到不使用液態電解質的全固態電池得以自然規避上述溶解問題，研究團隊大膽的聚焦氯化物材料，設計了一種新型正極?氯化鈦鋰。不同于脆性、難以變形的氧化物，氯化鈦鋰極為柔軟，只要經過冷壓即可達到86.1%以上的相對密度，而且它的室溫離子電導率高達1.04mScm-1，超過相當一部分固態電解質，從而也遠遠超過了氧化物正極材料。所以，由氯化鈦鋰組成的復合物正極不需要包含額外的固態電解質即可實現相當高效的離子傳輸，而其良好的可變形性也有助于實現較長的循環壽命；基于氯化鈦鋰的復合物正極在活性物質質量比高達95%的情況下，仍然能以1小時完成充/放電的速率在室溫實現長達2500圈的穩定循環。相比之下，氧化物正極由于需要和相當比例的固態電解質共存才能在整體上實現較為高效的離子傳輸效率，其復合物正極中活性物質的質量比通常只有70-80%，遠低于氯化鈦鋰所能達到的95%。因此，以氯化鈦鋰為代表的氯化物正極，將進一步釋放全固態電池在能量密度方面的潛力。

　　該論文的第一作者為中國科學技術大學的博士生王凱同學，通訊作者為中國科學技術大學的馬騁教授。該工作得到了科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院先導科技專項培育項目、中國科學技術大學重要方向項目培育基金等項目的資助。

　　航空航天領域固態鋰電池研發動態

　　中投產業研究院發布的《2023-2027年中國固態鋰電池行業深度調研及投資前景預測報告》指出，美國航空航天局（NASA）研究人員正在開發一種創新的電池組，該電池組比當今車輛和大型電子產品中常用的電池更輕、更安全、性能更好，有望應用于未來的短途航空中。

　　一般鋰離子電池的電解質是液態的，以凝膠體、聚合物的形式存在，使得電池的重量較大。除了重量問題，液態電解質是可燃的，它在高溫下不穩定，存在熱失控的問題。若是發生車禍，可能會導致嚴重火災。

　　固態電池的整體結構與傳統鋰離子電池相似，充放電方式也大同小異，但沒有液體電解質，而是玻璃、陶瓷或其他材料形式的固態電解質。固態電池內部更緊密，體積更小，能量密度增加。在汽車等大型設備上使用時，也不需要再額外增加設備，不僅節約了成本，還能有效減輕重量。

　　此外，固態電池的充電速度比液態電池快，也沒有腐蝕性的問題，壽命更長。固態電池還具有熱穩定性，受溫度變化影響較小，確保了電池的續航力。由于有著多種優勢，固態電池被認為是下一代電池技術。

　　2022年10月，NASA表示其改進固態電池充電效率和安全性項目部門（SABERS）研發的航空用固態電池取得了重大突破，能量密度是電動汽車電池的兩倍。

　　一、創新的材料和電池結構設計

　　電池性能是開發更可持續的電動飛機的一個關鍵方面。這些電池必須儲存為電動飛機提供動力的巨大能量，同時保持較輕的重量。另一方面，電池還要以足夠的速度放出這些能量，為這些短途航空設備提供動力。

　　換句話說，電池可以被描述為一個水桶。電池的能量（或容量）是水桶能容納多少東西，而它的功率是水桶能被清空的速度。為了給電動飛機提供動力，電池必須以極快的速度釋放其能量，或清空其水桶。

　　為了實現這個目標，SABERS團隊的研究人員開發了一種固態電池。這種固態電池為硫硒電池，其電解質材料利用廉價并易獲得的硫，還有一種NASA此前研發的“多孔石墨烯”材料，具有非常高的導電性，并且質量十分輕。

　　除了新材料之外，SABERS團隊還使用了革命性的包裝。與連接單獨包裝電池的普通電池不同，SABERS的電池將所有電池垂直堆疊在一個外殼內。通過這種設計，SABERS已經證明他們的固態電池可以以每500Wh/kg的巨大容量為物體提供動力，幾乎是目前最好的電動汽車電池能量密度的兩倍--特斯拉公司的4680鋰電池的能量密度約為300Wh/kg。

　　這使其能夠減輕電池的大部分重量，并增加可以儲存的能量。

　　這種設計不僅消除了電池30%到40%的重量，還使研究人員能夠將其存儲的能量增加一倍甚至三倍，遠遠超過被認為是最先進的液態鋰離子電池。

　　安全性是在電動飛機上使用電池的另一個關鍵要求。與液態電池不同，固態電池在發生故障時不會著火，并且在損壞時仍然可以運行，因此在航空領域具有吸引力。

　　二、研究合作與未來

　　SABERS的研究人員還在不同的壓力和溫度下測試了他們的電池，發現它可以在幾乎是液態鋰離子電池工作溫度的兩倍下運行，并且不許需要使用大量的冷卻技術。該團隊正繼續在更高溫的條件下對其進行測試。

　　SABERS與佐治亞理工學院，阿貢國家實驗室和太平洋西北國家實驗室等多個合作伙伴合作，以進一步推進這一前沿研究。在與佐治亞理工學院的研究人員合作工作中，他們使用了不同的方法改進電池以用于實際用途。