來源：金融界網站
來源：中信建投證券
行業動態信息
研究者系統分析電池「理論性能邊界」
我國研究者Wenzhuo Cao、Jienan Zhang、Hong Li等分析了高質量能量密度/體積能量密度的動力電池材料理論上可能選用何種體系，以Batteries with high theoretical energy densities為標題2020年發表在Energy Storage Materials上。
材料體系模擬：從1683個氧化還原反應，到幾十個「潛力」電池體系
研究者從反應吉布斯自由能出發，系統篩選了多達1683個氧化還原反應作為電池候選體系。此後，以理論質量能量密度在1000Wh/kg進行首輪淘汰；對非氣態正極（單獨考慮氧氣、空氣等）以理論體積能量密度800Wh/L進行第二輪淘汰；以反應電壓大於1.50V進行第三輪淘汰；以成本、環境影響等進行第四輪、第五輪淘汰。最終，研究者獲得了51個「潛力」電池體系。
路徑與前瞻：鋰不失為優選，鋁可能是奇兵
研究者歸納：同時考慮質量、體積能量密度，鋰-水、鋰-硫、鋁-水、鎂-水、鎂-硫、鋰-氟化銅、鋰-氟化鐵、鋰-二氧化錳、鋰-三氧化鉬等體系的綜合潛力最高。研究者同時認為，電解液-混合固液電解質-全固態電解質逐步進化是高能量密度電池實現過程中的助力。
總結與評論：不需要退路，只有勇往直前一條路
我們認為，僅從性能角度出發，鋰仍是絕大多數場合的優選，鋁也有部分可能以「機械可充」（更換鋁板）等方式在部分不需要高功率密度的場合發揮作用。我們還認為，當前的液態鋰離子電池提供了「合格」的保底高性能電池選項。僅從能量密度佔優，綜合性能可接受的標準出發，高鎳+矽碳體系可能是下一個成熟概率較高的體系；考慮綜合性能與成本，三元、磷酸鐵鋰電池相當程度上都仍位列長期選擇之中。
電池科技的創新是一個長期過程。作為技術革命的驕子、能源革命的寵兒，置身於漫長的賽道之中，高性能電池已經是、在相當長的一段時間之內仍將是底層科技、高端製造的共同旗幟。
行業動態信息評述
1、研究者系統分析電池「理論性能邊界」
在電池領域，鋰離子電池是高性能的代表。但是當前的「搖椅式」鋰電池至少在理論上遠遠不是高能量密度電池的全部。我國研究者Wenzhuo Cao、Jienan Zhang、Hong Li等從氧化還原反應的吉布斯自由能出發，分析了高質量能量密度/體積能量密度的動力電池材料理論上可能選用何種體系，以Batteries with high theoretical energy densities 為標題2020年發表在Energy Storage Materials上。
研究者認為，鋰離子電池的能量密度提升幅度自1990年以來每年實際不足3％。當前，動力電池單體質量能量密度在240-250Wh/kg附近，體積能量密度在550-600Wh/L附近；3C電池單體質量能量密度在260-295Wh/kg附近，體積能量密度在650-730Wh/L附近。當前的鋰離子電池還不足以滿足電動車、可攜式設備等的要求，更高能量密度的電池仍然是急需的。一方面，優化現有體系很重要；另一方面，現有體系想取得大幅度的性能提升難度也高。所以，從理論出發，尋找高質量、體積能量密度的電化學體系仍然有其必要性。
研究者歸納，鋰電池的成功應用，其本質仍然離不開金屬鋰的低電位（-3.040V）和高容量（3860mAh/g）。那麼，類似的高還原性金屬，如鈉、鉀、鎂、鋁、鋅等，就可以和鋰一起作為備選負極。與此對應，相變反應儲能（而非「搖椅式」機制）是超高能量密度電池得以實現的關鍵。
2、材料體系模擬：從1683個氧化還原反應，到幾十個「潛力」電池體系
研究者從反應吉布斯自由能出發，系統篩選了多達1683個氧化還原反應（負極如前所述；正極有多種氧化性較高的物質選擇，去除稀有氣體和大分子）作為電池候選體系。此後，以理論質量能量密度在1000Wh/kg進行首輪淘汰；對非氣態正極（單獨考慮氧氣、空氣等）以理論體積能量密度800Wh/L進行第二輪淘汰；以反應電壓大於1.50V進行第三輪淘汰；以成本、環境影響等進行第四輪、第五輪淘汰。最終，研究者獲得了51個「潛力」電池體系。不乏常見的氧化還原組合（鋁-氧、鎂-氧、鎂-二氧化碳、鈉-硫，等等），多種金屬-空氣電池、金屬-水電池、金屬-硫電池、金屬-金屬氧化物電池、金屬-金屬氟化物電池等榜上有名。
在計算了不同體系的理論能量密度之後，作者進一步分析了從理論能量密度到「實踐能量密度」的過程。如部分電極材料兼具相變/插層反應方式，可能會有多步反應等；暫不考慮電極的體積變化，而僅考慮電極、電解質、集流體的厚度，電極的孔隙率、粘結劑含量，以及電極材料的NP比等。可以看出，上述基本假設仍然是相當理想的，而這種仍然理想的「實踐能量密度」相比於理論能量密度，仍有約50％（不同材料體系區別較大）的降幅，質量能量密度下降至約1000Wh/kg或以內，體積能量密度下降至3000Wh/L以內（不考慮電極體積變化會引入相當程度誤差）。此計算的結果顯示，質量能量密度部分由鋰硫電池拔得頭籌，鎂硫電池，鋰、鎂、鋁等金屬-多種金屬氧化物/氟化物電池緊隨其後；體積能量密度部分鋰硫電池已經不在前20名範圍內，相比之下鋁、鎂、鋰等金屬-多種金屬氧化物/氟化物電池排名居前。一句話概括上述結果：質量能量密度鋰最優，鎂鋁入列；體積能量密度鋁最優，鎂鋰入列；正極材料至少是較強的氧化劑。
3、路徑與前瞻：鋰不失為優選，鋁可能是奇兵
研究者歸納：同時考慮質量、體積能量密度，鋰-水、鋰-硫、鋁-水、鎂-水、鎂-硫、鋰-氟化銅、鋰-氟化鐵、鋰-二氧化錳、鋰-三氧化鉬等體系的綜合潛力最高。鋰、鎂、鋁的理論性能都較高，但是鎂、鋁在反應動力學方面缺點明顯。
研究者同時認為，電解液-混合固液電解質-全固態電解質逐步進化是高能量密度電池實現過程中的助力。
研究者最後表示，質量能量密度達1000Wh/kg、體積能量密度達800Wh/L的電池是有可能實現的，利用相變反應的電池也是高能量密度電池的長期目標。
4、總結與評論：不需要退路，只有勇往直前一條路
我們認為，從理論上構建高能量密度電池的材料體系框架重要性很高。一方面，更高的理論性能本身就極具誘惑；另一方面，更高的理論性能也意味著更多的試錯空間和可能性。
我們認為，僅從性能角度出發，鋰仍是絕大多數場合的優選，鋁也有部分可能以「機械可充」（更換鋁板）等方式在部分不需要高功率密度的場合發揮作用。
我們還認為，當前的液態鋰離子電池提供了「合格」的保底高性能電池選項。僅從能量密度佔優，綜合性能可接受的標準出發，高鎳+矽碳體系可能是下一個成熟概率較高的體系；考慮綜合性能與成本，三元、磷酸鐵鋰電池相當程度上都仍位列長期選擇之中。
我們最後認為，電池科技的創新是一個長期過程。產、學、研、用各個環節的無數參與者皓首窮經、身體力行，不斷探索電池理論性能上限、不斷推升電池工程參數邊界、不斷拓展電池實際應用領域。作為技術革命的驕子、能源革命的寵兒，置身於漫長的賽道之中，高性能電池已經是、在相當長的一段時間之內仍將是底層科技、高端製造的共同旗幟。
風險分析
電池科技進步速度不及預期，成本降幅不及預期。