我国科学家研发“可呼吸式”电池正极 何为“可呼吸式”

• 2023年4月29日 来源：中国科学报 1287 84
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近日，中科院大连化学物理研究所研究员杨维慎和副研究员朱凯月团队提出一种新型正极设计策略，通过在氢氧化镍正极上负载氧还原催化剂，制备出“可呼吸式”氢氧化镍正极，显著提高了镍锌电池的能量转化效率和循环稳定性。相关成果发表于《德国应用化学》。

我国科学家研发“可呼吸式”电池正极 何为“可呼吸式”

近日，中科院大连化学物理研究所研究员杨维慎和副研究员朱凯月团队提出一种新型正极设计策略，通过在氢氧化镍正极上负载氧还原催化剂，制备出“可呼吸式”氢氧化镍正极，显著提高了镍锌电池的能量转化效率和循环稳定性。相关成果发表于《德国应用化学》。

何为“可呼吸式”?朱凯月解释说：“电池在充电时产生氧气，类似于人体‘呼气’行为，放电时消耗氧气则像‘吸气’。在充电过程中正极产生的氧气可以在放电过程中被氧还原催化剂利用，从而显著提高镍锌电池的能量转化效率和稳定性。”

从2021年开始，高镍电池逐渐冒起，成为不少国际车企的首选。市场数据显示，2021年上半年全球NCM811电池装机量同比增长276%，海外市场高镍正极占比提升至38%，海外市场高镍化的趋势已成型。

“十四五”时期，根据《“十四五”规划和2035年远景目标刚要》，国家层面聚焦于新能源汽车、电池等新兴产业的发展，动力电池PACK作为产业的细分赛道。

负极材料市场竞争将进一步加剧，低端重复产能将被淘汰，拥有核心技术和优势客户渠道的企业才能获得长足的发展，市场集中度将有所提高。预计到2025年锂电池负极材料市场需求量将会达到46.92万吨。目前我国有约1.6万余家电池回收相关企业。截至目前，我国今年新增超8600余家电池回收相关企业，同比增长1957%。

从新能源汽车动力电池成本构成看，电池驱动系统占据了新能源汽车成本的30-45%，而新能源汽车动力电池又占据电池驱动系统约75-85%的成本构成。解决新能源汽车高价格的核心是降低动力锂电池一次采购成本。

新型电池是发展能源技术、提高能源生产和利用效率的主力军，根据《汽车产业中长期发展计划》和《节能与新能源汽车技术路线图》的相关指引，动力电池系统的能量密度需要在2025年至2030年达到350瓦时/千克。在作为外力的下游制造业市场需求拉动和作为内力的自身技术进步持续推进的双重作用下，新型电池产业链日趋完善、产业内涵进一步丰富、产业转移趋势合理，产业发展的势头强劲。

根据中国电池产业研究院的数据，预计到2025年全球电化学储能电站的累计装机规模达到150GW，到2030年达到550GW，未来十年的年复合增长率为48%。

高镍电池市场需求与发展前景分析

在高镍的潮流推动下，各企业在高端产能方面加大投入，突破技术壁垒，高镍三元的份额有所提高，但高镍三元材料市场份额仍远小于以NCM523和NCM622为主的常规产能。

包括宁德时代、松下、LG新能源、三星SDI、SKI等中日韩电池企业的高镍电池出货量进一步增长，进而对高镍正极材料产生强劲需求。在此情况之下，国际高镍材料和高镍电池市场竞争也将进一步升级，从而带动高镍电池产业链快速发展。全球新能源汽车销量激增，高镍动力电池市场渗透提速。

在应用端，海外电动汽车销量进一步提升，三元电池占据主流地位，中高端车型多采用高镍技术路线，带动包括宁德时代、松下、LG能源、三星SDI、SKI等中日韩头部电池企业的高镍电池在国际市场装机大幅增长。

在供给端，日韩头部电池企业在2021年都宣布即将量产甚至已经量产镍含量90%以上超高镍电池产品，进而加速上游高镍前驱体和高镍正极材料产业化进程。

在高镍电池赛道上，包括宁德时代、松下、LG能源、三星SDI、SKI等头部选手已经大规模量产供应镍含量超过80%的NCM和NCA电池，并将目标瞄准了镍含量90%以上的超高镍电池。市场数据显示，2021年上半年全球NCM811电池装机同比增长276%，带动NCM811材料出货量大幅增长;海外高镍正极市场占比提升至38%，海外高镍化趋势愈发明显。

动力电池及备用电源产品领域，目前的能源危机使得一电池为动力电源的产品，越来越多的被青睐。电动的自行车已经推向市场，其中有用镍氢电池作电源的，主要是以C型电池为主，要求快充的大电流放电，这个市场随着电池技术的成熟将越来越大，目前主要是镍氢电池的发热和一致性问题解决。

随着高镍电池的装机量提升，带动了原材料生产企业的增长。像国内原材料企业，在今年开始，高镍系列的原材料出口量大幅增加，Ni83、Ni88、Ni90已成主销的出口产品，而更高镍含量的Ni95已完成产品相关验证，短期有望进入量产阶段。

中日韩头部电池企业已经将下一代电池的目标瞄准镍含量90%以上甚至完全无钴的高镍电池或固态电池，并且制定较为明确的量产计划表。

中研研究院对该行业作了详尽深入的分析，是企业进行市场研究工作时不可或缺的重要参考资料，更多行业具体详情可以点击查看中研普华产业研究院的报告《 2022-2027年中国扣式镉镍电池行业发展趋势及投资风险研究报告》。

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