本文摘要：摘要：得益于多年培育，當前中國鋰電池產業鏈發展齊全，電池技術進步明顯，鋰電市場增長迅速，行業迎來更多的發展機遇。一方面，作為國家鼓勵發展的行業，鋰電池產業受政策和技術進步等推動而發展迅速;另外一方面，鋰資源等問題也制約著鋰電池產業發展。通過研究相關文
摘要：得益于多年培育，當前中國鋰電池產業鏈發展齊全，電池技術進步明顯，鋰電市場增長迅速，行業迎來更多的發展機遇。一方面，作為國家鼓勵發展的行業，鋰電池產業受政策和技術進步等推動而發展迅速;另外一方面，鋰資源等問題也制約著鋰電池產業發展。通過研究相關文獻等對鋰離子電池技術發展和產業鏈進行了介紹，對影響鋰電池產業發展的重要因素包括政策、技術發展、成本及鋰資源等進行了論述，并結合相關數據對全球鋰電池市場發展進行了展望，未來全球鋰電池市場將繼續保持較快增長并有望迎來“TWh”(“億千瓦時”，即1000G，下同)時代。指出在鋰電池性能、回收、行業標準化和能源生產端等方面的不足，建議加大研究力度和探討適宜政策促進行業規范化，提醒需謹慎防范短期發展過熱和產能過剩。
關鍵詞：鋰離子電池;政策;鋰資源;市場
當前，在“雙碳”目標[1]指導下，中國新能源產業正高速蓬勃發展。根據中汽協的數據，自2021年月以來，新能源汽車銷量滲透率已連續三個月超過15%，而新能源乘用車的月度市場滲透率最高已經達到19.78%，幾乎達到2025年20%的市場滲透率目標[2]。與此同時，電化學儲能市場也增長迅速。據CNESA統計，截至2020年底中國電化學儲能裝機規模累計達到3.27GW，較2016年裝機規模增長約10倍[3]。
國家大力支持新能源產業發展，并在新能源汽車和新型儲能領域制定了諸多政策來引導和促進行業向前發展。全球來看，為應對氣候變暖，世界主要國家都已制定燃油車禁售時間表或新能源汽車發展目標，同時大力發展電化學儲能[45]。美國很早就對儲能進行技術開發和戰略布局，美國能源部(DOE)先后發布《儲能大挑戰路線圖》[6]和《國家鋰電藍圖2021—2030》[7]，確定了美國在儲能領域的領導地位;歐盟也制定了《歐洲儲能技術發展路線圖》以及“電池2030+”計劃等來促進其儲能和電池技術的發展[89]。
明顯地，汽車電動化和新型儲能發展正在世界范圍掀起一場綠色能源革命。 目前來看，這場綠色能源革命的主要技術承載點是鋰離子電池。作為當今應用最廣泛的可充電電池，鋰離子電池具有能量密度高、使用壽命長、無記憶效應的特點10，早在世紀就被索尼成功實現商用并廣泛用于數碼產品，是實現汽車電動化和電力系統新型化的關鍵所在。經過多年培育，中國已基本建成較齊全的鋰電產業鏈，同時技術創新也促進鋰電池在性能、成本和安全等方面不斷進步，產業鏈發展、技術創新和政策支持將給行業帶來更多發展機遇。
另一方面，國內鋰電產業發展仍存在一些問題，特別是2021年以來鋰金屬價格上漲數倍，鋰金屬短缺問題影響著行業的健康發展。基于此，本文將對鋰離子電池發展史及其產業鏈現狀進行介紹，對影響鋰電池產業的重要因素包括相關行業政策、鋰電池技術發展、鋰電池成本以及鋰金屬資源問題等進行分析，綜合相關數據對全球鋰電池市場發展進行展望，并對國內鋰電產業發展可能面臨的問題進行分析和建議，以期為新能源行業提供更多的參考，推動新能源行業向前發展。
1鋰離子電池介紹
1.1鋰離子電池發展史
自世紀60年代鋰電池概念被首次報道到現在被廣泛應用在汽車、儲能、電子產品等領域，鋰離子電池的發展可歸納為個階段：鋰原電池、鋰金屬二次電池、鋰離子電池、固態電池。鋰原電池的研究源于世紀六七十年代的石油危機以及對高能量密度電源的需求促使研究者嘗試尋找新的替代能源。
在這個階段，研究者基于原電池的“氧化-還原”反應原理將鋰用作電池研究，先后研究報道了Li/CuCl體系、Li/(CF)體系、Li/MnO體系、Li/Ag11體系11，相關研究成果被應用在漁船、計算器、和醫用儀器等方面。此后，研究者開始針對鋰電池的可逆性進行探索，這個階段被稱為鋰金屬二次電池。為改善鋰電池的可逆性，研究者提出采用能夠實現“電化學嵌入”的層狀材料。
通過引入層狀材料構建嵌入反應，研究者成功地在鋰電池上實現了可逆。典型的材料如TiS，由于性能突出被作為這個階段的代表性材料12。“電化學嵌入”的創新極大地促進了鋰電池的發展，然而鋰枝晶導致的電池安全問題卻成了鋰電池商業化的攔路虎。研究者考慮從兩個方面改善鋰電池的安全，首先就是采用更穩定的正極代替鋰金屬。隨后“搖椅式”電池概念被提出，研究者基于正負極都是嵌入化合物進行了大量研究，美國的Goodenough認為金屬氧化物的穩定性更好并發明了LiCO，后來索尼公司基于LiCO為正極成功實現了鋰離子電池的商用化12。
這個階段的鋰不再以金屬形式存在，而是采用了更穩定的鋰離子化合物，因此被稱作鋰離子電池階段。另外一方面，研究者考慮用離子導電聚合物代替液態電解質來改善安全，也就是當前提到的固態電池。固態電池的核心就是要開發出一種電導率高和能與正負極材料形成良好界面的固態電解質材料，早期研究者主要在一些固體和凝膠聚合物如聚氧化乙烯、聚環氧乙烷等聚合物體系上做嘗試，近年關于氧化物和硫化物體系13的研究報道也很多，至今科研人員仍在尋找更合適的材料。
1.2鋰離子電池產業鏈現狀
雖然科研人員仍在嘗試從固態電解質等方面來完善鋰離子電池技術，但這并不影響鋰離子電池被大規模推廣應用。自索尼將鋰離子電池帶入商業化應用近30以來，鋰離子電池產業蓬勃發展，已具備比較完整的產業鏈結構。從整體框架上來看，當前鋰離子電池產業鏈由上游的資源開采和材料制備、中游的鋰電池制造和下游的綜合應用與回收組成。
在上游端，材料制備主要包括四大主材以及其他輔材等材料的制備。四大主材為正極、負極、電解液和隔膜;輔材包括用于涂覆正負極材料的基材(銅箔和鋁箔)、用于將正負極粉末粘在基材上的粘結劑、分散劑和導電劑，以及電池的結構包裝件，比如鋁塑膜、殼體等。鋰電產業上游材料制備不僅依賴于高水平的研發以及精細的技術，也依賴于礦產資源開采。具體來看，三元正極需要用到鎳鈷錳金屬資源和鋰鹽等原料，而另一正極材料磷酸鐵鋰涉及到鐵和磷礦資源的開采及鋰鹽。
在負極方面，當前主要為石墨，其次碳材料作為一些補充的負極而被使用。相對石墨等負極而言，鈦酸鋰具有壽命長、倍率性特別是低溫倍率性能突出和安全性能好的特點，特別適合在快充和低溫場景下使用，但由于較高的成本和低的能量密度，當前市場占有率較低[1。
此外硅碳負極作為當前理論比容量最高的負極材料[1，近年來被作為下一代負極材料被廣泛研究報道。四大主材之一的電解液主要是通過鋰鹽、溶劑和添加劑等配制而成，六氟磷酸鋰仍是當前電解液使用的主要鋰鹽。隔膜主要以PP(聚丙烯)和PE(聚乙烯)為原料，通過干法和濕法工藝采用拉伸手段進行制備[1。近年來國內鋰電池隔膜生產技術不斷進步，隔膜從依賴進口逐漸轉為國內生產為主[1。
總體上看，中國鋰電產業鏈的局面已發生巨大變化，當前四大主材都已實現國產化，這帶來了鋰電池原料成本的大幅下降，為中國鋰電池產業的繼續深入發展提供了有力的保障。另外一方面，輔材在鋰電池中的用量占比不大，但卻能直接影響鋰電池性能。當前在鋰電池高端動力和3C市場，粘結劑、導電劑、鋁塑膜等輔材仍依賴進口，鋰電池輔材成為中國鋰電池產業發展的薄弱之處。
鋰電產業的核心是鋰電池電芯，主要分為種：圓柱電芯、軟包電芯、方殼電芯，當前國內主要以寧德時代和比亞迪為代表的方殼電芯為主。鋰電池作為一個集成復雜的產品，對制造設備的要求較高。早在2016年國內的鋰電制造設備就基本能滿足產業需求，僅有少量高精端精密設備需采用進口19。BMS電池管理系統關鍵技術主要涉及SOC判定和均衡，國家各廠商之間技術水平參差不齊，頭部企業如寧德時代、比亞迪和欣旺達等能實現高品質的BMS技術20，為鋰電池的全生命周期運行提供安全保障。當前鋰電池在下游應用端主要被用于儲能、動力電池和消費電子產品等領域。同時作為一個資源依賴度很高的行業，鋰電池回收利用是電池產業下游的重要組成，是實現鋰電池產業鏈循環的重要拼圖。
2影響鋰離子電池產業的重要因素
2.1市場政策
2.1.1儲能市場政策
2021年月份，國家提出構建以新能源為主體的新型電力系統，發展儲能以提升電力系統調節能力。當前與儲能相關政策主要集中在儲能產業發展規劃和對電力市場儲能應用的激勵21。在儲能產業發展規劃方面，根據2021年國家發展改革委和國家能源局聯合發布的《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》，到2025年新型儲能市場要完成由商業化初期階段向規�；l展的過渡，并確定了3000萬新型儲能裝機規模的發展目標，以實現電化學儲能跨越式發展。隨后，諸多省市陸續出臺政策明確新增新能源發電項目儲能配置最低比例22。
而在電力市場儲能應用的激勵方面，相關政策主要圍繞著電網側兩部制定價、負荷側峰谷套利和儲能參與相關輔助服務等來制定。在2021年國家發改委發布的《關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》中，就指出要堅持并優化抽水蓄能兩部制電價政策，并將以市場競爭性方式形成電量電價，進一步健全容量電價核定機制。
而2018年國家發改委印發的《關于創新和完善促進綠色發展價格機制的意見》，表明儲能峰谷價差套利的模式得到官方肯定。該意見指出要加大峰谷電價的力度并通過價格信號來引導電力的削峰填谷，利用峰谷電價差、輔助服務補償等市場化機制，促進儲能發展。在現有的儲能方法中，鋰電池具有產業鏈成熟、綜合性能最好的優勢，以鋰電池為主的電化學儲能是當前中國新型儲能領域的主體23。在儲能相關政策的促進下，鋰電池在儲能領域的應用將會越來越多。
2.1.2新能源汽車市場政策
新能源汽車相關的政策首先當屬購置補貼。原定在2020年底退出的新能源電動汽車補貼，由于疫情對新能源產業的沖擊而被延后兩年。當前新能源汽車補貼主要特點有[2：整體補貼退坡，2021年和2022年的新能源汽車補貼分別在上一年基礎上退坡20%、30%;設置價格門檻和鼓勵“換電”模式，補貼前30萬元以下的新能源汽車才能享受補貼，具有“換電”模式的除外;車企單次申報車輛數量要求不低于一萬輛，營運車輛則不能享受足額補貼。
在2021年下旬，隨著補貼退坡以及原料價格上漲，能量密度略低的磷酸鐵鋰電池裝機量迎來大幅增長，全年裝機量再次超過三元鎳鈷錳電池。在新能源汽車政策方面，最有影響力的除了補貼，就是雙積分政策。所謂雙積分，即平均燃油消耗量積分CAFC+新能源汽車積分NEV。從最早的CAFC積分(工信部2013年開始公布CAFC積分)倒逼企業降低整車百公里油耗，逐年加嚴，百公里油耗從最初的2012年7.5L/百公里油耗降低到2021年的4.9L/百公里。
油耗低于要求獲得正積分，高于要求獲得負積分，而生產新能源車可以獲得更多的NEV積分。到2018年，強制NEV積分比例，比例逐年提升，2021年要求比例為14%，并且規定新能源積分只能買賣，油耗積分只能在關聯企業間轉讓28。在這種背景下，2020年NEV積分的市場交易價格最高已達到3000元個積分30。雙積分政策倒逼整車廠進行新能源和混動節能的雙向發展，即生產電動汽車和采用48V啟停技術的輕混混動汽車31。雙積分政策迫使傳統車企必須向新能源方向轉型，伴隨著政策的深入，2021年新能源汽車市場迎來“井噴式”增長。
2.2技術發展
近年來在產業界，鋰離子電池技術圍繞著高性能、高安全、低成本方向繼續創新突破。正極方面，高鎳NCM811已量產多年，包括容百科技、北京當升、天津巴莫等正極材料企業都已大量出貨，蜂巢也發布全球首款無鈷電池，當前三元材料技術繼續向著高鎳無鈷方向進步32;而磷酸鐵鋰克容量最高已達到150mAh/g，壓密突破到2.7g/cm，甚至有望達到2.9g/cm[33]，國軒高科2021年初發布的磷酸鐵鋰電池能量密度高達210Wh/kg，超過了常規NCM523的水平。負極方面，硅由于10倍于石墨的比容量而被認為是最具潛力的負極材料之一。為改善硅基負極的體積膨脹和可逆容量，當前研究主要集中在硅的納米化、硅碳復合結構、二氧化硅結構等方向34。
深圳貝特瑞是國內最早量產硅碳負極的企業，其硅碳負極第三代已開發成功，比容量高達1500mAh/g。電解液方面，常規液態電解液的研究仍是基于添加劑改善電池倍率性、循環性能以及安全性等，而固態電解質作為未來有望徹底改善鋰電池安全和使用壽命的技術手段，近年成為研究熱點，主要的研究體系有聚合物、硫化物及氧化物三類。當前學術界主要集中在改善界面以及繼續提高離子電導率等來對固態電解質進行優化35，而工業界的重點為如何在工業條件下低成本實現固態電解質材料的生產。豐田的固態電池技術全球領先，申請專利最多并最快于2025年小規模量產;在國內，已有固態電池應用于無人機，蔚來汽車也于2020年底發布了首款150kW半固態電池，能量密度高達360Wh/kg。短期來看固態電解質會先以半固態電池的形式推出，在技術發展成熟后才有可能實現真正的全固態電池[36]。
此外，在基材方面已有電池企業在嘗試4.5µm銅箔;對高能量密度的需求也催生一些企業對補鋰劑展開研究，主要以正極補鋰和負極補鋰為主[37]，深圳研一在這一領域領先，其開發的富鋰鎳酸鋰補鋰劑被諸多電池廠用于提升電池能量密度。除了材料領域，近年來鋰電企業在電池包結構方面也有所突破，比亞迪的刀片電池、寧德時代CTP技術，將鋰電池系統體積能量密度發展到了一個全新的高度[38]。鋰電池技術的不斷進步與突破，成為鋰電池市場增長的重要推動力。
2.3鋰電池成本
在電池成本方面，彭博新能源財經對全球電池價格進行了調研，如圖所示。在其發布的2021年度電池價格報告中，2021年鋰電池價格在鋰電原材料大幅上漲的背景下相對2020年仍下降了約6%。根據彭博新能源財經的研究，每當鋰離子電池累計生產量翻一番時，鋰離子電池價格會下降18%，其前期的研究暗示2023年鋰離子電池組價格將趨近100美元。
雖然近期市場供需失衡導致鋰電原材料上漲超預期進而影響電池組價格波動，但從電池的成本端來看，未來在訂單規模擴大、純電動汽車銷量增長、電芯和電池包設計不斷優化等因素的共同推動下，鋰電池價格將迎來主流級純電動乘用車擁車成本達到平價拐點(100美元/kW左右)，屆時將加速新能源汽車在更大范圍內的全面普及，推動鋰電池市場的進一步增長。
2.4鋰金屬資源問題
在鋰電池市場快速發展背景下，資源短缺問題逐漸成為一個不可忽略的問題。2021年以來，全球鋰電池原料價格飛漲，特別是鋰年內價格上漲至倍左右，鋰資源問題似乎是制約行業健康發展的隱患。根據美國地質調查局USGS的數據，全球鋰資源儲量豐富，截至2019年已探明的儲能折算成碳酸鋰超過億[39]，如果能加以回收利用，足夠鋰離子電池產業的使用。
中國鋰礦資源豐富，但可開采量一般且開采成本高，當前中國主要通過進口鋰輝石或鹵水來進行鋰產品生產[40]。為解決鋰資源短缺問題，避免步鐵礦石“后塵”，中國很早就在全球鋰電礦產資源上布局，通過贛鋒鋰業和天齊鋰業等中企拿下大量國外優質鋰礦開采權，未來有望主導鋰礦供應市場[4143]。在解決鋰的提取方面，近年來中國鹽湖提鋰技術發展迅速，目前典型的提鋰工藝包括沉淀法、煅燒浸取法、溶劑萃取法、離子交換和膜分離等44，由“五礦鹽湖”等開發的鹵水提鋰工藝可實現鋰的高效提取[45]。
3鋰離子電池市場展望、問題與建議
3.1市場展望
2021年，全球新能源汽車銷量持續高增。根據EVsales及中汽協數據，今年前三季度，全球新能源汽車銷量突破430萬輛，同比增長143%;其中中國銷量214.3萬輛，增速185%，領先全球。從新能源汽車滲透率來看，2021年中國新能源汽車滲透率相對前兩年已有質的改變。特別近幾月，滲透率已連續突破15%，年平均滲透率將突破10。在新能源乘用車方面，滲透率最高已達到19.78%，接近20%。不出意外，2025年新能源汽車滲透率20%的目標會提前到來。
另外，歐洲作為全球第二大電動汽車市場，2020年迎來歷史最嚴汽車碳排放法規[46]，同時受益于政府補貼政策[47]，歐洲各大車企新能源汽車銷售量也在2020年后迅速增長[48]。在電化學儲能市場，美國作為全球儲能的領導者，在2020年儲能規模較上年增長179%[49];中國電化學儲能電站裝機規模預計2021年將突破5GW，而按照國家規劃，“十四五”期間新型儲能裝機規模將迎來10倍的增長[50]。在新能源汽車和儲能等下游市場高速增長的需求帶動下，當前全球鋰離子電池規模繼續保持較快增長。
3.2問題與建議
鋰電池產業迅速發展的同時，也存在一些問題亟待行業解決。在電池性能方面，現階段鋰電池仍存在續航、充電速度和安全性等問題[51]，諸多行業痛點表明鋰電池技術仍有很大發展空間。中國鋰電池產業鏈雖然齊全，但在一些高端電池輔料如粘結劑和導電碳、鋁塑膜等方面仍依賴進口，這些電池輔料雖用量不大但對鋰電池性能至關重要，相關研究機構和企業仍需要在一些國內偏弱技術方面加大研發力度，以實現全產業鏈的領先和鋰電池技術的進步。
在廢舊電池梯次利用和回收方面，各廠家動力電池規格和封裝工藝等存在差異，給鋰電池梯次利用帶來很大困難[52]，而濕法回收目前仍缺少強制性的行業規范對企業進行約束或引導，存在環境污染和資源浪費問題，建議有關部門和相關行業機構探討更適宜的解決方案，通過制定強制性的行業標準來促使行業更加規范化。值得討論的是，電動汽車雖然清潔無排放，但當前鋰電池充電還主要來自火力發電，最終還是需要從能源生產端實現“綠電”，才能最終實現鋰電池產業的跨越式發展。最后，應注意到當前鋰電池產業存在競爭性擴產和動力電池產銷差額較大的情況，防止出現鋰電池產業出現短期發展過熱和產能過剩的不利局面。
4結語
鋰離子電池在實現“雙碳”目標的過程中將扮演重要角色。國內鋰電產業鏈發展齊全，除部分輔料依賴進口外，大部分鋰電池材料均已實現國內生產;鋰電池技術繼續朝著高性能、高安全和低成本方向不斷創新與進步，成為鋰電池市場增長的重要推動力;同時受益于新能源汽車和儲能方面的有利政策，鋰電池市場不斷增長。行業需求激增導致短期供需失衡，原材料價格大幅上漲，鋰資源似乎成為行業發展的隱患，而從長遠角度看，短期的供需失衡是產業發展的必經過程，隨著產業走向成熟和規�；U舊電池回收放量等，鋰電池價格將迎來主流級純電動乘用車擁車成本相對燃油車的平價拐點。
在行業政策、電池技術和成本等的推動下，全球鋰離子電池市場將繼續保持較快增長，未來有望迎來“TWh”時代。當前行業發展也存在一些問題，在電池性能、電池回收、電池行業標準化和能源生產端等方面仍有探討和改進的空間，相關部門和機構可繼續在電池性能和安全方面加大研究力度，針對國內技術薄弱方面攻關，探討適宜的行業政策促進行業走向更加規范化，另外當前產業形勢一片大好，需防止短期發展過熱和產能過剩。期待鋰電池產業在“碳達峰”和“碳中和”過程中發揮重要作用。
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作者：況新亮，劉垂祥，熊朋
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