新能源电池技术(新能源汽车电池常识)

新能源汽车电池常识

1.一次电池和二次电池的区别

最关键的区别是活性物质不一样，二次电池的活性物质可逆，一次电池的活性物质不可逆。一次电池的自放电远比二次电池要小，内阻远大于二次电池，所以负载能力不高。除此之外，一次电池的质量和容量的比以及体积和容量的比都比一般充电电池要大。

2.电池内阻

电池内阻指的是电池在工作的时候，电流流过电池内部受到的阻力。涵盖欧姆内阻以及极化内阻。电池内阻大，致使电池放电工作电压降低，放电时间减短。内阻的大小受电池的材料以及电池结构，还有制造工艺等因素影响，是外界衡量电池性能的关键参数之一。

3.标称电压

标称电压是指在电池正常工作过程中的电压，二次镍镉镍氢电池标称电压在1.2伏，二次锂电池标称电压在3.6伏。

4.开路电压

开路电压指的是电池在非工作状态，也就是电路没有电流流过的时候，电池正极以及负极之间的电势差。工作电压又名为端电压，指的是电池在工作状态下，也就是电路中有电流过的时候电池正极以及负极之间的电势差。

5.电池容量

电池的额定容量指的是设计以及制造电池的时候，规定或是保证电池在达到一定的放电条件下，应该放出的在最低限度数值范围内的电量。电池的实际容量指的是电池在一定的放电条件下放出的实际电量，关键是受放电倍率以及温度的影响。

6.残余容量

当对可充电电池用大电流，例如1C或是超过1C放电的时候，因为电流过大让内部扩散速率存在的瓶颈效应，导致电池在容量没能够完全放出的时候，已经达到终点电压，再用小电流，例如0.2C，还能继续放电，直到1.0V/支（镍镉以及镍氢电池）以及3.0V/支（锂电池）的时候所放出的容量被称作残余容量。

新能源电池现状及发展

行业主要上市公司：宁德时代(300750);比亚迪(002594);国轩高科(002074);孚能科技(688567);亿纬锂能(300014);鹏辉能源(300438);欣旺达(300207)等

本文核心数据：锂电池板块上市公司研发费用;锂电池相关论文发表数量

全文统计口径说明：1)论文发表数量统计以“lithium

battery”为关键词，选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月17日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。

锂电池技术概况

1、技术原理及类型

(1)锂电池技术原理

锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态;放电时则相反。

(2)锂电池的分类

按照电解质材料、电池外形、外包材料、正极材料、应用领域等不同分类方式，可将锂电池分为以下几类：

2、技术全景图：四大细分技术领域

从锂电池构成来看，锂电池技术主要包括正极材料、负极材料、电解质和隔膜四个主要细分技术领域。其中，正极材料主要包括磷酸铁锂、三元正极、锰酸锂等;负极材料主要包括碳系材料和非碳系材料;电解质主要包括液态电解质、固液复合电解质和固态电解质;隔膜主要包括干法隔膜和湿法隔膜。

锂电池技术发展历程：正负极材料演变拉动技术发展

从20世纪70年代第一个锂电池出现，到如今五十余年的岁月中，锂离子电池不断发展，负极材料从锂金属发展到碳材料，再试图回到锂金属;正极材料也不断丰富，陆续推出钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。

锂电池技术政策背景：政策加持技术水平提升

近些年来，我国提出了一系列锂离子电池技术发展相关政策，加速了锂离子电池产业链的发展，同时对锂电池的安全性、技术体系、回收体系做出了规范，使得锂电池技术水平稳步提升。

锂电池技术发展现状

1、锂电池技术科研投入现状

(1)国家重点研发计划项目

据已公开的国家重点研发计划项目，2018-2021年我国锂电池技术相关国家重点研发计划项目共计18项。国家重点研发计划项目的资金来源为中央财政经费，一个项目的财政经费在2亿元以上。

(2)A股上市企业研发费用

锂电池行业经过多年发展，产品相对成熟，但行业整体研发投入水平不算太高。从A股市场来看，2017-2021年，我国锂电池板块上市公司研发总费用逐年增长，2022年第一季度，锂电池板块上市公司研发总费用约46.75亿元。

2、锂电池技术科研创新成果

(1)论文发表数量

从锂电池相关论文发表数量来看，2010年至今我国锂电池相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势，可见锂电池科研热度持续走高。截至2022年8月，我国已有69366篇锂电池相关论文发表。

注：统计时间截至2022年8月。

(2)技术创新热点

通过创新词云可以了解锂电池技术领域内最热门的技术主题词，分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中最近5000条专利中最常见的关键词，其中，正极材料、负极材料、电解质、集流体等关键词涉及的专利数量较多，说明锂电池领域近期的研发和创新重点集中于正负极材料、电解质等领域。

(3)专利聚焦领域

从锂电池专利聚焦的领域看，目前锂电池专利聚焦领域较明显，其主要聚焦于锂电池、锂离子电池、正极材料、负极材料、电解液等。

主要锂电池技术对比分析

根据分析磷酸铁锂、三元锂电池的技术特性，可以看出磷酸铁锂电池在安全性、经济性、原材料丰富度和循环寿命方面优势明显，而三元锂电池在能量密度、低温性能和充电效率方面优势明显。因此，磷酸铁锂电池技术更适合用于中短距离用车(中低端车型)、电动自行车、储能等场景;三元锂电池技术更适用于长距离用车(高端车型)、消费电子、医疗等场景。

锂电池技术发展痛点及突破

1、锂电池技术发展痛点

(1)缺乏高能量密度的正负极材料产业化应用

尽管锂离子电池技术和市场快速发展使得电池能量密度已有明显提升，然而缺乏可行的未来正极材料来继续提高锂离子电池的能量密度，给锂离子电池产业持续发展带来了重大挑战。

(2)锂离子电池安全问题亟待解决

另一方面，锂离子电池安全问题也是锂离子电池技术发展的痛点之一。锂离子电池安全问题的根源主要是电池的热失控。主要是由于锂离子电池内部具有很强的燃爆条件，其内部的易燃性材料如低熔点可燃有机脂类化合物、石墨负极材料都会成为相应的“燃料”，在充放电以及运行过程中不当的热管理将成为锂电池安全事故的导火索，最终引发燃爆事故。

2、锂电池技术发展突破

(1)锂电池结构创新设计

锂电池电芯集成方式的革新是锂电池的重要结构创新，例如CTP(Cell To

Pack)即跳过标准化模组环节，直接将电芯集成在电池包上，提高能量密度。

(2)固态电池技术

目前，锂离子电池面临着安全性差的问题，固态电池可在安全性、能量密度、温度范围等方面突破锂离子电池的局限。

锂电池技术发展方向及趋势：短期提高电池能量密度、长期技术路线多元化

短期内，提高锂电池能量密度主要通过对现有材料体系的迭代升级和电池结构革新来实现。其中，锂电池材料体系的迭代升级包括正负极材料、电解液和隔膜的迭代升级;电池结构革新又包括电芯、模组、封装方式等的结构改进和精简。

从长期来看，由于磷酸铁锂电池能量密度上限较低，并且为了应对不同应用场景下的不同需求，锂电池技术路线将朝多元化方向发展。除了酸铁锂电池和三元锂电池之外，固态电池、磷酸锰铁锂电池、富锂锰基电池等新型锂电池技术路线的发展趋势向好。

「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究，瞄准国际科技前沿，服务国家重大战略需求，围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关，促进碳中和技术成果转化和推广应用，为企业创新找到技术突破口，为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校，二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化，拥有55项专利、33篇论文，并已将30多种产品推向市场，创造商业价值50+亿元，专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。

以上数据参考前瞻产业研究院《锂电池行业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》。

动力电池的类型

在新能源汽车中，主要的车用燃料分为常规、非常规两种类型，并且运用新型的车载动力装置来做动力来源。在新型能源的开发中，很多新能源逐渐被开发使用，像氢燃料、锂离子电池、固态电池等。目前，电动汽车已经逐渐被投入市场，进行了更大规模化的生产，改变了传统汽车领域，更加满足人们对汽车的多样化需求。

现阶段，新能源汽车已经受到人们的迫切关注，在新能源汽车的核心技术中，动力电池是关键性的技术，并且得到人们越来越多的关注。

动力电池的特征及展望

日本是第一个研究与开发新能源汽车的国家。在此之后，美国的新能源汽车研发制造厂对日本进行相关的经验借鉴后，推出了锂电池纯电动汽车。此类新型汽车的推出，引起了各个国家的关注，期待能够因新能源动力汽车的研制，改善因柴油汽车带来的严重污染。我国随后也进行了新能源汽车相关的研发和制造。在我国相关政策的大力支持下，新能源汽车有了势头较猛的发展，也在汽车领域中占据了较大的市场。

新能源汽车动力电池的

发展趋势

在生产动力电池的过程中，生产制造成本是所有相关企业都非常关注且重视的重要问题之一。在电池制造中，电池的成本优化分为两类，一是运用先进技术的有效提升，电池的升级更新，能够在新能源电动汽车中让电池在使用过程中提高使用期限，降低生产和使用过程中的故障率，从而降低电池制造的成本。二是改变电池生产的体系，相关部门进行规模化的电池生产，以此来降低成本。