表述鋰離子電池儲能大小的參數是能量密度,在數值上大約相當于電壓與鋰電池容量的乘積,為了有效提高鋰電池的儲電量,人們一般會用增加電池容量的方法達到目的。但是,限于所用原材料的性質,容量提升總是有限度的,于是提高電壓值成為提升鋰電池儲電能力的另一條途徑。大家知道,鋰電池標稱電壓是3.6V或3.7V,高電壓是4.2V。那么,鋰電池的電壓什為什么不能獲得更大的突破呢?說到底,這也是由鋰電池的材料及結構性質決定的。

鋰電池的電壓是由電極電勢決定的。電壓也稱作電勢差或電位差,是衡量電荷在靜電場中由于電勢不同所產生的能量差的物理量。鋰離子的電極電勢約是3V,鋰電池的電壓隨材料不同而有變化。如,一般的鋰離子電池額定電壓為3.7V,滿電電壓為4.2V;而磷酸鐵鋰電池額定電壓為3.2V,滿電電壓為3.65V。換句話說,實用中的鋰離子電池正極和負極之間的電勢差不能超過4.2V,這是一種基于材料和使用安全性的需要。
假如以Li/Li+電極為參照電位,設μA為負極材料的相對電化學勢,μC為正極材料的相對電化學勢,電解液電勢區間Eg為電解液低電子未占有能級和高電子占有能級之差。那么,決定鋰電池高電壓值的就是μA、μC、Eg這三個因素。
全球鋰電池隔膜產量速增長,濕法隔膜占據主導地位。在鋰電池下游市場不斷擴張的帶動下,全球鋰電池隔膜增速不斷提。根據相關數據統計,2015 年全球鋰電池隔膜 產量為 12.9 億平方米,同比增長 31.5%。2010-2015 年,鋰電池隔膜產量年均復合增速達 20.87%。未來行業有望繼續保持較增速,工鋰電預計 2016 年整體產量增速 達到 29%。從產量結構來看,2015 年全球濕法隔膜占比為 65%,相較于 2014 年同比 上升 4 個百分點。這表明濕法工藝在全球鋰電池隔膜產業的主導地位十分穩固。

近年來,中國和韓國企業逐步掌握干法隔膜制備工藝并持續擴大產能,行業的市場格局有所變化。2016 年日本、韓國、美國等5 家隔膜企業的市場占有率為 62%,相較于 2015 年的 68%下降 6 個百分點,行業集中度有所分散。
中國鋰電池隔膜崛起,濕法占比低于全球水平。由于行業的巨大需求,國內涉足隔膜產業的企業不斷增加,生產技術也取得長足進步,加快了中國隔膜國產化進程。據工鋰電統計,2015 年中國鋰電隔膜銷量達到 6.28 億平方米,同比增長 49.5%,預計 2016 年將達到8.15 億平方米,同比增長 29.8%。2010-2015 年,我國鋰電池隔膜銷量年均復合增速達 62.7%。
同期,我國鋰電池隔膜市場規模年均復合增速為 38.4%。在產能結構上,我國鋰電池隔膜仍以干法工藝為主,2015 年濕法隔膜占比為 38%,雖較 2014 年同比上升 6個百分點,但仍遠低于全球 68%的平均水平。目前我國鋰電池隔膜生產企業紛紛加碼濕法工藝,預計未來我國濕法隔膜產能占比將大幅提升。
鋰離子電池能量密度,指的是單位體積或單位重量的電池,能夠存儲和釋放的電量,其單位有兩種:Wh/kg,Wh/L,分別表重量比能量和體積比能量。這里的電量,是上面提到的容量(Ah)與工作電壓(V)的積分。在應用的時候,能量密度這個指標比容量更具有指導性意義。

基于當前的鋰離子電池技術,能夠達到的能量密度水平大約在100~200Wh/kg,這一數值還是比較低的,在許多場合都成為鋰離子電池應用的瓶頸。這一問題同樣出現在電動汽車領域,在體積和重量都受到嚴格限制的情況下,電池的能量密度決定了電動汽車的單次大行駛里程,于是出現了“里程”這一特有的名詞。如果要使得電動汽車的單次行駛里程達到500公里(與傳統燃油車相當),電池單體的能量密度必須達到300Wh/kg以上。
鋰離子電池能量密度的提升,是一個緩慢的過程,遠低于集成電路產業的摩爾定律,這就造成了電子產品的性能提升與電池的能量密度提升之間存在一個剪刀差,并且隨著時間不斷擴大。