鋰離子電池從應用場景劃分大致可以分為三大領域：3C 類電子產品(計算機類、通信類和消費類電子)，電動交通工具以及規(guī)模靜態(tài)儲能，由于應用場景不同，其對鋰離子電池綜合性能指標需求也存在較大差異，因此目前鋰離子電池在不同應用領域的成熟度和市場占有程度也不盡相同?？偟亩?，在3C電子產品領域鋰離子電池幾乎占據了全面市場，而在電動車交通工具方面，鋰離子電池主導的動力電池市場不斷擴大，目前在電動汽車應用領域已經處于主導地位，未來隨著鋰離子電池成本持續(xù)下降和性能的不斷提高，電動汽車的性價比有望在2024 年超越燃油汽車，從而實現汽車的全面電動化。除此之外，近幾年電動交通工具開始不再局限在總系統(tǒng)能量需求相對較小的新能源電動車(１—100 kWh)，而開始向系統(tǒng)能量在MWh級以上的電動船舶和電動軌道交通擴張，盡管目前電動船舶和電動軌道交通在經濟性并沒有優(yōu)勢，但在節(jié)能減排、綠色環(huán)保方面優(yōu)勢突出，因此在某些特殊領域和地域開始有了商業(yè)示范。2018 年11 月12 日，由廣船國際建造的全球首艘2000 噸級新能源純電動船在廣州廣船國際龍穴造船基地吊裝下水，該船總長70.5 m，安裝有重達26 t 的超級電容+超大功率的鋰電池，整船電池容量約為2.4 MWh，船舶在滿載條件下，航速最高可達12.8 km/h，續(xù)航力可達80 km。近些年開始有了在電動飛機方面的初步嘗試，但是由于飛機這種航空交通工具對自重要求極高，因此目前的鋰電池能量密度還遠遠無法滿足商用客機的要求。2019 年12 月澳大利亞Harbour Air 航空公司的一架全電動DHC-2(DHC-2 de Havilland Beaver)水上飛機進行試飛，盡管受到動力電池能量密度和自重限制飛行只持續(xù)了不到15分鐘，但確是全電動商業(yè)民航客機的首次飛行測驗。初步估算未來如果想實現1000 km的支線客機的電動化，動力電池重量能量密度需要至少在現有的基礎上再提高一倍(> 600 Wh/kg)。因此交通工具的全面電動化無疑在未來將是鋰離子電池的巨大機遇，與此同時也是鋰離子電池的巨大挑戰(zhàn)，如何在現有基礎上保持其他性能不降低的同時實現能量密度的大幅提高將是未來決定鋰離子電池在動力電池領域發(fā)展的決定性關鍵因素。

 

 

鋰離子電池除了在電動交通工具方面具有廣闊的前景外，其未來大規(guī)模儲能方面也存在巨大的應用潛力。隨著我國能源轉型的不斷深入，有望實現能源供給安全可控、能源生產清潔低碳和能源消費高效環(huán)保的目標。我國將持續(xù)提高非化石可再生能源在我國一次能源總量中的占比，預計到2035 年可再生能源將突破我國一次能源重量的35 %，而可再生能源中主要依托的風能和太陽能屬于間歇式能源，需要高比例的儲能裝置與之搭配使用。從目前看未來，鋰離子電池將會在大規(guī)模儲能方面尤其是促進可再生能源消納和分布式儲能方面起到關鍵支撐作用；在調節(jié)電網頻率和調峰方面也將起到重要作用，逐步降低我國對火力發(fā)電的依賴；此外，鋰離子電池儲能技術在用戶側儲能可以實現更好的供需平衡調節(jié)。預計未來15 年將會在規(guī)模儲能領域孕育出一個100 GWh級的鋰離子電池市場。屆時借助先進的5G技術、人工智能和大數據以及區(qū)塊鏈技術在能源方面的促進作用，我國將初步形成先進的智能電網，電動車將逐步從現有的無序充電到有序充電再到智能充電V2G，從而實現電動車與規(guī)模儲能高效互動互補的新型能源供給模式(圖6)。但是要實現這一美好景象的前提是需要開發(fā)出具有足夠技術經濟性、長壽命、安全性的鋰離子電池體系，在動力電池方面考慮到未來實現車網互動的V2G技術，鋰離子動力電池在循環(huán)壽命上需要繼續(xù)提高，目前動力電池循環(huán)壽命普遍在1000 周左右，未來如果將電動汽車作為移動儲能裝置，循環(huán)壽命需要提高到3000 次以上，這對于高能量密度鋰離子電池而言是一個不小的技術挑戰(zhàn)。此外，在大規(guī)模靜態(tài)儲能方面，鋰離子電池不但需要滿足高安全性的要求，而且需要具備比現有抽水蓄能技術更高性價比。因此如何開發(fā)出下一代安全、高能量密度和長壽命的動力電池以及安全、高效、低成本、大規(guī)模和長壽命的儲能電池將是決定鋰離子電池在相關動力電池和儲能市場成功與否的關鍵。

 

 

目前商用化的鋰離子電池由于采用了可燃的有機物作為液體電解質，其在電池濫用及發(fā)生事故導致熱失控的情況下存在重大安全隱患，存在著起火爆炸現象。而這一現象又隨著系統(tǒng)能量的增加，破壞力顯著增加。未來如何開發(fā)出本質安全的鋰離子電池將是決定鋰離子電池發(fā)展的另外一個決定性因素，從目前全球范圍研發(fā)方向看，采用固態(tài)電解質替代有機可燃液體電解質是未來鋰離子電池發(fā)展的一個主流趨勢，但如何解決固態(tài)替換液態(tài)電解質所帶來的一系列科學和技術問題，仍需要一段較長時間的努力。