李 琳

（上海交通職業(yè)技術學院， 上海 200431）

隨著全球對清潔能源需求的迅速增長和氣候變化問題的日益加劇，新能源技術成為解決這些挑戰(zhàn)的重要途徑。在這一領域中，鋰離子電池以其高能量密度、輕質設計和可充電性質而成為電動汽車、可再生能源存儲系統(tǒng)等領域的主流選擇[1]。當前，全球新能源汽車市場正經歷高速增長，特別是電動汽車市場份額不斷擴大[2]。鋰離子電池作為電動汽車的關鍵動力源，其質量和性能對電動汽車的發(fā)展至關重要。同時，隨著可再生能源發(fā)電的大規(guī)模應用，對電池技術提出了更高的要求[3]?？稍偕茉窗l(fā)電具有不穩(wěn)定性和間歇性等特點，因此電池技術需要更高的儲能密度、更快的充放電速度和更長的使用壽命。在這一背景下，深入研究鋰離子電池產業(yè)變得尤為緊迫。需要在多個方面加強研究和創(chuàng)新，以提高鋰離子電池的性能和質量，降低其成本，更好地滿足清潔能源和電動汽車領域的需求。同時，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，還需加強鋰離子電池的回收和再利用技術研究，減少其對環(huán)境的影響[4]。

1 鋰離子電池產業(yè)技術現(xiàn)狀

1.1 鋰離子電池產業(yè)發(fā)展概況

我國鋰離子電池產業(yè)以模仿國外成熟技術為發(fā)展源頭，逐步探索自主科研能力并轉化為核心競爭力。據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2020年我國鋰離子電池產量188.5億只，產業(yè)規(guī)模突破1750億元，進入平穩(wěn)增長期。我國關于鋰離子電池相關的發(fā)明專利約有15590個，其中關鍵材料性能及制備占比約45%，應用領域相關發(fā)明占比6.7%左右，主要以龍頭企業(yè)和高校引領技術革新，推動產業(yè)技術路線整體發(fā)展。

1.2 鋰離子電池的技術研究方向

目前，鋰離子電池產業(yè)涵蓋全生產鏈，包括上游資源開采、加工、冶煉和下游新能源汽車、儲能設備、電子產品等。正負極材料及制備方法是我國鋰離子電池科研方向之一，例如磷酸鐵鋰高溫固相反應法、碳熱還原法、水熱法等工藝特點和技術標準，石墨超高溫采集的技術優(yōu)化等。隨著新能源行業(yè)發(fā)展升級，鋰離子電池科研和應用面臨新要求。隔膜分離工藝、規(guī)模化生產和組裝，高比容量材料在鋰離子電池制備中的應用，鋰離子電池單體壽命延長和性能提升，新體系動力電池研發(fā)和規(guī)模化應用等成為鋰離子電池在廣闊應用場景中的技術研究方向。

1.3 鋰離子電池的技術創(chuàng)新經驗

在行業(yè)發(fā)展方向指引下，鋰離子電池技術創(chuàng)新獲得豐富成果。正極材料穩(wěn)定性得到提高，自燃現(xiàn)象原因分析和安全性能提升需求得到解決。圍繞電解液，研制了適用于高鎳NCM動力電池和儲能電池的功能電解質體系。為改善隔膜性能，降低電池內阻，已經研究出包括氧化鋁、勃姆石、PVDF、PVDF+HFP、納米復合材料、芳綸等材料的隔膜表面涂覆層，且具備成熟工藝。電池的智能生產、動力電池梯次利用和再收回、電池檢測評價體系建構等工藝技術發(fā)展顯著，積累大量創(chuàng)新經驗，為鋰離子電池全產業(yè)鏈去冗能、高端化，加快融入全球市場確立優(yōu)勢。

2 鋰離子電池產業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

2.1 原材料供應與價格波動

隨著鋰離子電池市場的急速擴張，對關鍵原材料的需求也在迅猛增長。全球鋰資源分布不均，開采速度加快，但開采難度和成本也在逐漸上升。鈷的開采與社會問題和環(huán)境破壞相關，使得鈷的供應鏈更加復雜和不穩(wěn)定。雖然鎳的供應相對較為穩(wěn)定，但新的電池技術對其需求也在增加，可能會導致未來的供需緊張。原材料價格的波動直接影響到鋰離子電池的生產成本。近年來，由于供需失衡、地緣政治風險以及投機行為，鋰、鈷等原材料的價格經歷了劇烈的波動。這種波動增加了電池制造商的經營風險，并可能導致下游應用成本上升。

2.2 技術挑戰(zhàn)與創(chuàng)新需求

雖然鋰離子電池已成為主導的電池技術，但它仍然面臨諸多技術限制和挑戰(zhàn)。當前鋰離子電池的能量密度已接近理論極限，難以滿足未來高續(xù)航、輕量化的需求。盡管快充技術有所進步，但與傳統(tǒng)燃油車的加油速度相比，仍有較大差距。隨著能量密度的提高，電池的熱穩(wěn)定性和安全性問題也日益突出。面對這些技術挑戰(zhàn)，持續(xù)的研發(fā)和創(chuàng)新變得尤為重要。新的材料、設計和制造工藝都可能為突破這些限制帶來機會。例如，固態(tài)電池、鋰硫電池等都是當前研究的熱點。

2.3 技術挑戰(zhàn)與創(chuàng)新需求

隨著全球對環(huán)境問題的關注度不斷提高，鋰離子電池產業(yè)也面臨著越來越大的環(huán)保和可持續(xù)性壓力。電池制造涉及多種化學原料和復雜的工藝，生產過程中可能產生廢水、廢氣和固體廢棄物，如果處理不當會對環(huán)境造成污染。同時，廢棄電池中包含的重金屬和有毒物質可能對環(huán)境和人體健康構成威脅。這要求鋰離子電池產業(yè)在生產、使用和回收等各個環(huán)節(jié)都更加注重環(huán)保和可持續(xù)性。為此，鋰離子電池產業(yè)需要采取一系列措施，如提高生產過程的環(huán)保標準、推動電池的梯次利用和回收再利用等。同時，隨著電動汽車市場的不斷擴大，電池回收和再利用的問題也日益凸顯。此外，提高電池的循環(huán)使用效率也是減少資源浪費和環(huán)境壓力的關鍵環(huán)節(jié)之一。

3 鋰離子電池產業(yè)的未來發(fā)展路徑

3.1 技術創(chuàng)新與突破

隨著科技的發(fā)展，鋰離子電池產業(yè)正面臨著巨大的技術創(chuàng)新壓力和無限機遇。在眾多新興技術中，特別引人注目的是固態(tài)電池技術和新型材料的廣泛應用與研究。

傳統(tǒng)的液態(tài)鋰離子電池雖然已經取得了顯著進步，但在安全性、能量密度和充電速度等方面仍存在局限性。固態(tài)電池技術通過采用固態(tài)電解質替代傳統(tǒng)的液態(tài)電解質，具有更高的能量密度、更快的充電速度和更高的安全性，因此被認為是下一代電池技術的有力候選。固態(tài)電池的發(fā)展雖然面臨一些挑戰(zhàn)，如固態(tài)電解質的離子傳導率和界面穩(wěn)定性等問題，但隨著科研投入的加大和技術的進步，這些問題正在被逐步攻克。

為了進一步提高電池性能，降低生產成本，必須在新型材料研發(fā)、工藝升級、規(guī)范管理等層面統(tǒng)籌設計。按照高性能、信息化、可視化原則探索鋰離子電池制造發(fā)展技術，例如開發(fā)硅基負極材料、高鎳正極材料、高能量密度磷酸鋰鐵添加劑等，針對延長電池循環(huán)壽命研發(fā)12微米以下的薄型化隔膜，通過設備更新完成全自動電芯裝配線，提高電池單機生產能力和性能精度。

3.2 原材料多元化與可持續(xù)采購

隨著鋰離子電池市場的不斷擴大，對原材料的需求也在持續(xù)增長。然而，當前鋰離子電池的原材料供應鏈面臨多重問題，如資源短缺、價格波動、環(huán)境破壞、安全問題等。為了實現(xiàn)鋰離子電池產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，進一步增強國際市場競爭力，原材料多元化和可持續(xù)采購、核心科研和生產能力的轉化、全產業(yè)降本提效變得尤為重要。

為了減少對有限資源的依賴并降低環(huán)境風險，開發(fā)替代原材料成為鋰離子電池產業(yè)的重要發(fā)展方向。例如，為解決鋰資源短缺的問題，科研人員正在研究鈉離子電池、鉀離子電池等替代技術。此外，為了應對正極材料中稀缺元素（如鈷）的問題，積極研發(fā)無鈷或低鈷的正極材料。這些新型正極材料不僅可以減少對鈷等稀缺資源的依賴，還有望提高電池的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性。

要從根本上提高我國鋰離子電池產業(yè)競爭力，需要健全考評和激勵政策，整合產業(yè)資源形成創(chuàng)新合力。建立透明、可追溯的供應鏈管理體系，確保原材料采購符合環(huán)保和社會責任標準；加強與供應商的合作與溝通，推動供應商采取可持續(xù)的生產方式和資源管理措施；以及積極參與國際組織和行業(yè)協(xié)會的相關倡議和標準制定工作，推動整個產業(yè)鏈的可持續(xù)發(fā)展。

4 結 論

鋰離子電池產業(yè)作為支撐現(xiàn)代社會運轉的重要基石，已經取得顯著成績，但面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。技術創(chuàng)新方面，固態(tài)電池和新型材料的研究為產業(yè)未來開辟了廣闊的可能性。在供應鏈層面，原材料多元化策略和可持續(xù)采購的推動將有助于產業(yè)更加穩(wěn)健和環(huán)保的發(fā)展。然而，這些進步和變革需要產業(yè)鏈上下游的緊密合作、持續(xù)的研發(fā)投入以及政策與市場的雙重驅動。鋰離子電池的綜合性能提升、成本降低以及環(huán)境影響的減少將是研究的重點方向。同時，隨著新能源汽車、可再生能源等領域的快速發(fā)展，鋰離子電池的應用場景將進一步拓展，這也要求產業(yè)不斷創(chuàng)新和適應變化。綜合考慮技術、市場和環(huán)保等多方面因素，鋰離子電池產業(yè)在經歷技術、市場和環(huán)保的多重考驗后，有望迎來一個更綠色、高效和可持續(xù)的未來。