新能源汽车用锂离子动力电池专利分析和发展方向研究
锂离子电池在电动汽车中的应用现状及发展综述
锂离子电池在电动汽车中的应用现状及发展综述摘要：近年来人们是水平的提高，对汽车需求量也在逐年增多。
随着全球环境污染问题的日益突出和传统燃料资源的枯竭，电动汽车正逐渐成为人们日常出行的一种新方式，其主要的动力来源是电池。
而锂离子电池由于具有高功率密度、较高的能量密度、寿命长、循环性能好等特点，逐渐成为电动汽车主要的能量储存装置。
目前，大力推动锂电池、电化学储能、电动汽车等新能源领域重要技术和基础装备的发展，逐步降低对石化能源的依赖，探索出一条可持续能源安全路径是全球诸多国家的重要战略方向。
本文就锂离子电池在电动汽车中的应用现状展开探讨。
关键词：锂离子电池；电动汽车；电池管理系统引言作为新能源汽车主导的电动汽车具有污染低，效率高，噪音低，不依赖汽油，结构相比传统内燃机汽车更简单等优点。
电池是纯电动汽车的关键核心部件。
锂离子动力电池以其工作电压高、比能量高、循环寿命长、自放电率低、无记忆性、无污染、外形多样等优势，成为了纯电动汽车动力电池的主流之选，但在续航里程、充电时间、安全性等方面仍存在问题。
1锂离子电池工作原理锂离子电池的构成包括正极、隔膜、负极、有机电解液及电池外壳。
按照正极材料不同，电动汽车行业使用比较广泛的锂电池主要有磷酸铁锂电池和三元锂电池。
以磷酸铁锂电池为例，正极材料采用磷酸铁锂，负极采用石墨，聚合物隔膜把正负极分开，带电荷的锂离子在其中能够自由移动。
其工作原理如下：充电：LiFePO4-xLi+-xe-→xFePO4+(1-x)LiFePO4；放电：FePO4+xLi++xe-→xLiPO4+(1-x)LiPO4。
充电时，带正电荷的锂离子从正极磷酸铁锂上出发，穿过隔膜到达负极的层状石墨上，并被储存在那里。
这样，电池就完成了充电。
当电池放电时，也就是当能量以电能的形式从电池中释放出来时，锂离子通过电解液，从负极出发，穿过隔膜返回到正极。
电机会将电能转化为机械能，从而让汽车行驶。
2锂离子动力电池的性能锂离子动力电池使用时优势较多，具有安全、可靠及兼顾充电效率等方面的性能。
动力电池行业分析
动力电池行业分析动力电池新能源汽车未来逐渐替代传统车辆已成为各国开展汽车产业的共识，作为核心部件的动力电池如此更被企业和投资者看好。
动力电源是新能源汽车开展的关键：混合动力汽车是目前最优的过渡产品，但纯动力电池汽车是未来的开展方向，核心技术在电池技术上的突破。
新能源汽车电池概述及动向分析新能源汽车产业是国家战略性新兴产业，其关键技术难点在于电池技术，目前国内电池技术水平，需要生产路线、工艺及科研技术的不断改良和攻关；欧美的几大跨国公司〔如：加拿大Phostech公司包敷碳技术专利；美国威能公司碳热复原技术专利〕称其拥有电池核心技术专利及电池材料的成熟技术，成为制约国内新能源汽车产业快速开展的瓶颈。
新能源电动汽车最主要的部件是动力电池、电动机和能量转换控制系统，而动力电池要实现快速充电、平安等高性能，是技术门槛最高、利润最集中的局部。
这就要求对电池性能要求很高，必须具有高比能量、高比功率、快速充电和深度放电的性能，而且要求本钱尽量低、使用寿尽量长。
从长远来看，燃料电池是很多专家比较认可的方向，因燃料电池在制造研发本钱高、性能不成熟、氢原料供给的制约及缺少配套的政策法规等多方面因素，但这是真正符合清洁标准的技术，业内人士认为，随着生产规模不断扩大，本钱的降低只是一个时间问题。
就大方向来看，新能源汽车的推陈出新势必促使电池技术的拓宽。
专业人士认为，未来将燃料电池和蓄电池，或者燃料电池和电容器加以组合，结合二者的优势，会是很好的开展方向。
目前普遍应用的蓄电池主要还是铅酸蓄电池。
技术上的创新力不够，难以突破铅酸蓄电池比能量低等瓶颈，造成所占的质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短的情况，以及铅酸蓄电池生产企业所引发的环境问题，这就需要在铅酸电池性能的研发上进一步下工夫。
在目前国内铅酸电池行业进展整合的同时，锂电池将登上电池行业的“主脉〞。
动力电池种类很多，包括铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、铁镍蓄电池、锂蓄电池燃料电池等。
新能源汽车动力电池应用现状及发展趋势
新能源汽车动力电池应用现状及发展趋势作者：陈治庆游怡来源：《时代汽车》2021年第09期摘要：新能源汽车主要就是利用非常规性或者是常规性的车用燃料、新型的动力设备等当做是动力来源，综合性的进行动力控制，合理应用驱动技术，形成带有先进技术原理并且使用全新技术、全新结构的新型汽车，目前在新能源汽车方面已经开始开发利用可燃冰能源、核能与页岩气能源、风能等等，最为深入的就是电能方面。
下文就分析新能源汽车动力电池的应用现状、种类，提出未来的发展趋势，旨在为系能源汽车的动力电池良好开发运用等提供基础性的支持。
关键词：新能源汽车动力电池应用现状发展趋势New Energy Vehicle Power Battery Application Status and Development TrendChen Zhiqing，You YiAbstract：New energy vehicles mainly use unconventional or conventional vehicle fuels， new power equipment， etc. as power sources， comprehensively control power， rationally apply drive technology， and form advanced technical principles. New vehicles with new technologies and new structures have begun to develop and utilize combustible ice energy， nuclear and shale gas energy，wind energy， etc. in new energy vehicles. The most in-depth aspect is electric energy. The following analyzes the application status and types of power batteries for new energy vehicles， and proposes future development trends， aiming to provide basic support for the good development and application of power batteries for energy vehicles.Key words：new energy vehicles， power batteries， application status， development trends目前我國在新能源汽车方面，主要应用的动力电池涉及到燃料类型、铅酸类型、锂离子类型与镍氢类型等等，不同类型的动力电池所产生的作用和效果不同。
电动汽车锂电池的研究开题报告
学生姓名：学号：
专业：
设计题目：电动汽车锂电池的研究
指导教师：
年月日
毕业设计开题报告
1．本课题的研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势
研究意义
我国政府非常对电动汽车的发展特别重视。在“九五”、“十五”两会期间，国家对电动汽车的研发投入了大量的人力、物力和财力支持，并且将其列入两大项目，即“863”重点项目、十五重大攻关。电动汽车也在被各省的汽车企业进行积极的研发，电动汽车电池是其最重要的研发。随着人们不断提高的环保意识，新型绿色环保电池也在人们的日常生活中充当了无可代替的作用，近年来一类集性能、密度和能量高且寿命长、无污染等优点于一身的电池正在被投入使用或正在研制开发。目前锂离子电池、金属氢化物镍电池和无汞碱性锌锰电池以及正在研制开发的锂离子塑料电池、燃料电池、电化学贮能超级电容器，它们都在新型绿色环保电池的研究范畴之内并被大量使用。此外，具备光电转换功能的太阳电池（利用太阳能）目前已被广泛应用。拥有新型绿色环保优点的锂电池，已经被其他很多国家所开始接受和使用。肩负着国家的重任，我们每一个公民都应该承担起“爱护环境，保护地球”的责任和使命。只要我们大家共同努力，不断增强环保意识，，创建保护自然环境，我们的社会才能变得更加和谐美好。
发展趋势
环境恶化和能源危机已成为传统汽车发展的最大瓶颈，而发展电动汽车能够解决这一难题。而电池是发展电动汽车的核心，目前市场上的电池中，锂离子电池的性能最好，锂离子电池密度高，同质量的锂离子电池其能量是铅酸电池的4～6 倍，是镍氢电池的2～3 倍。价格较高，大功率锂离子电池的安全性较低。锂离子电池的主要原材料为锂，我国的锂矿总储量居世界第2；海水中也含有丰富的锂离子，可利用太阳能从海水中提取锂离子。此外，锂离子电池具有循环使用的潜力，能减少对原材料的消耗。最终锂离子电池的价格在大规模商业化之后会下降，进而锂离子电池制造成本降低。对于锂离子电池技术最大的挑战是不断提高电池密度，继续扩大电池容量，减少充电时间，同时要保证安全性和循环次数不受影响，并进一步降低制造成本。
新能源汽车锂电池行业分析
新能源汽车锂电池行业分析报告一、新能源汽车锂电池简介目前，车用电池主要包括铅酸电池、镍氢电池、锂电池以及燃料电池。
铅酸电池已非常成熟，在电动自行车领域得到了大范围运用，镍氢电池刚进入成熟期，锂电池现也已进入产业化阶段，由于锂电池性能更优越，更符合插电式混合动力汽车以及纯电动汽车的要求，从中长期来看，锂电池将逐步实现对铅酸电池和镍氢电池的取代。
锂离子电池包括正极、负极、隔膜及电解液等四大材料。
正极材料是锂离子电池中最为关键的原材料，直接决定了电池的安全性能和电池能否大型化，约占锂离子电池电芯材料成本的 10%-20%左右。
目前常用的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂三种。
几种二次电池的综合性能对比（4）燃料电池综合性能优异，是远期的发展方向。
但技术尚不成熟，成本极高，大规模应用有待时日。
由于燃料电池等下一代电池技术成熟为时尚早，镍氢电池和锂电池将长时间占据汽车动力电池的主流地位。
这几种二次电池的性能见下表：二、中国电动汽车产业化概况国内企业从事纯电动汽车研发、少量产业化生产与试运营的有东风、天津清源、北京理工科凌、比亚迪、万向等企业。
2006 年，我国第一批纯电动轿车取得了产品准入公告，吸引更多企业加入蓄电池或纯动力汽车的研发或试运营，如咸阳威力克能源有限公司、博信电池（上海）有限公司、上海瑞华集团、深圳雷天绿色电动源有限公司、中信国安黄金有限公司、合肥工业大学等。
东风公司是国内最早从事电动汽车研发的汽车企业之一，开发了游览车、多功能车、工业专用车和高尔夫球车等 4大系列、近 20 个品种的纯电动车，包括东风纯电动轿车（EQ7160EV）、纯电动富康轿车（EQ7140EV）、纯电动客车（EQ6690EV）等。
2003 年东风纯电动车实现商品化销售以来，已累计销售 1000 余台，进入行业前三甲。
截止到 2005年 11 月，参与示范运营的东风纯电动小巴有 93 台。
到 2010 年，东风电动车公司计划实现纯电动场地车销售 5000 辆的年产销量。
新能源车辆电池技术研究进展与挑战
新能源车辆电池技术研究进展与挑战摘要：本文介绍了新能源车辆电池技术的背景和研究进展。
锂离子电池是目前最常用的新能源车辆电池类型，但仍面临能量密度、安全性和成本等方面的挑战。
钠离子电池和固态电池作为新兴的电池技术，具有一定的应用潜力。
国内外都在积极进行电池技术研究，并取得了一定的成果。
然而，电池技术仍面临能量密度和续航里程、循环寿命和生产成本等挑战。
关键词：新能源车辆、电池技术、能量密度、续航里程、循环寿命正文：1背景概述随着全球能源结构调整的需求，新能源车辆作为可持续交通的重要组成部分，受到了广泛关注。
相较于传统燃油车辆，新能源车辆具有零排放、低能耗、环保等优势，被视为减少空气污染和碳排放的有效途径。
新能源车辆的核心技术之一是电池技术，它直接影响着新能源车辆的续航里程、性能和可靠性。
目前，锂离子电池是新能源车辆中最常用的电池类型，其具有高能量密度、长循环寿命和较低自放电等优点。
然而，锂离子电池仍面临能量密度、安全性和成本等方面的挑战。
钠离子电池作为一种新兴的电池技术，具有钠资源丰富、成本较低的优势，潜在地成为替代锂离子电池的候选方案。
然而，钠离子电池的能量密度和循环寿命等方面仍需要进一步改进。
尽管新能源车辆电池技术取得了显著进展，但仍面临一系列挑战。
其中，能量密度和续航里程的提升、充电时间和充电基础设施的建设、安全性和稳定性的保障，以及成本和可持续性的平衡等问题需要解决。
因此，为了推动新能源车辆电池技术的进一步发展，需要进行深入研究和创新，包括新材料的开发与应用、新技术的改进与优化，以及政策支持和产业发展的推动等方面。
这将有助于提高新能源车辆的性能和可靠性，推动可持续交通的实现。
2新能源车辆电池技术研究进展2.1主要电池技术①锂离子电池技术锂离子电池作为新能源车辆中最常用的电池类型，其正极材料、负极材料和电解液等方面的研究已取得了显著进展。
在正极材料方面，钴酸锂、锰酸锂和三元材料等仍是主流，但随着对能量密度和循环寿命等性能需求的提高，新型材料如钴铝酸锂、氧化钴锰镍三元材料和氧化钛酸锂等也受到关注。
新能源汽车的动力电池技术发展研究
新能源汽车的动力电池技术发展研究第一章：引言近年来，随着全球气候变化和环境保护意识的增强，新能源汽车作为清洁能源的代表逐渐走进人们的生活中。
作为新能源汽车的核心部分，动力电池技术的发展越来越受到关注。
本文将从动力电池的原理、类型、发展历程和未来发展趋势等方面进行探讨，希望对大家了解新能源汽车的动力电池技术有所帮助。
第二章：动力电池的原理动力电池是指在交流电源的作用下，将能量转化为电位能以便使用的装置。
在新能源汽车中，动力电池则是车辆的能量供应中心，它负责存储并提供电能，让车辆驱动起来。
动力电池的原理主要是利用电解分离的原理，将正极和负极分别嵌入电解质中，在外加电情况下，正负离子分别在电解质中运动，形成电子流，从而产生电能。
第三章：动力电池的类型目前，市场上主流的动力电池主要有钴酸锂电池、三元材料电池、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池和钛酸锂电池等几种类型。
这些电池各自具有自身的优势和劣势，其中，钴酸锂电池容量大、循环寿命长，但成本高；磷酸铁锂电池安全性较高，但续航里程不够长；三元材料电池则可以达到安全、寿命和能量密度的较好平衡。
不同类型的动力电池都有其适用的场景和应用范围，选择适合的电池类型也是提高新能源汽车续航能力、降低成本的重要因素。
第四章：动力电池的发展历程早期动力电池主要采用镉镍电池，但由于这种电池导致镉等有毒重金属的污染，生产和使用被禁止。
随着材料科学技术的不断发展和研究，新型电池如锂离子电池、钠离子电池等被广泛研究和应用。
近年来，随着各种电动车市场的迅速增长，新能源汽车动力电池的性能和使用成本得到了显著提高。
未来，随着科技和材料的进一步发展，动力电池的性能和成本将进一步提升，实现更加清洁、高效、环保的新能源汽车驱动技术。
第五章：未来发展趋势未来，新能源汽车的发展趋势是：高能量密度、高安全性、长寿命、低成本。
因此，新型电池将会出现，并且以相变材料为主，铝空气电池、多电子电池、固体电解质电池等非常规材料也将会迅速发展起来。
动力锂电池技术发展趋势和投资策略研究
动力锂电池技术发展趋势和投资策略研究马学美;崔毅【摘要】随着新能源汽车行业的加速推动,动力电池迅速成为国内外投资热点.通过对动力锂电池行业状况及技术发展趋势作简单分析,提出了动力锂电池行业的投资策略,以期为风险投资领域的实践者提供借鉴和参考.【期刊名称】《华南理工大学学报（社会科学版）》【年(卷),期】2011(013)001【总页数】4页(P5-8)【关键词】动力锂电池;投资策略;风险投资【作者】马学美;崔毅【作者单位】华南理工大学博士后流动站,广东,广州,510640;深圳市创新投资集团有限公司博士后工作站,广东,深圳,518048;华南理工大学博士后流动站,广东,广州,510640【正文语种】中文【中图分类】F206当前，为了应对减排和石油资源日渐匮乏的双重压力，世界上多数国家都将发展新能源汽车视为振兴汽车产业和节能减排的重要途径。
各个国家在加速相互之间合作的同时，都积极出台了相应的新能源汽车支持政策，意在加速该行业的发展。
随着新能源汽车行业的加速推进，动力电池迅速成为企业界投资的热点，除了电池生产企业之外，汽车厂商、电池材料生产商、投资机构等也纷纷开始了动力电池领域的投资和开发。
尤其是巴菲特入股比亚迪之后，动力电池的概念已然在资本市场上掀起了新一轮的投资风暴，相关企业都抢在行业起步之前提前布局，力争在日渐成熟的动力电池行业分得一杯羹。
然而作为对行业发展极具敏感的风险投资机构而言，近几年在动力电池领域的投资案例和投资金额相对较少，主要是对本行业的整体发展状况存在疑虑，深知该行业前景良好，但由于其大规模发展的时点不可预测，加之动力电池品种和工艺较多，未来趋势的技术路线不够明朗，因此在何时投、投哪种技术上存在争议。
本文通过对动力锂电池行业状况，及技术发展趋势综合分析，提出了针对动力锂电池行业的投资策略。
一、新能源汽车行业的崛起2009 年之前锂电池电动汽车的份额较小，电动汽车主要采用镍氢电池作为动力源。
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新能源汽车用锂离子动力电池专利分析
和发展方向研究
摘要：随着全球变暖成为人类社会共识，世界各国政府开始针对碳排放作出
限制，普遍开始推出禁止销售燃油车的计划，新能源汽车成为行业长远发展的选择。
其中动力电池是新能源汽车的动力来源，也是新能源汽车最主要组成部分之一。
本文系统分析了近年来新能源汽车用锂离子动力电池的相关专利技术，梳理
了相关技术分支和发展脉络；并结合目前技术发展现状和面临的问题，给出未来
发展建议和方向预测。
关键词：新能源汽车；锂离子动力电池；专利分析
一、前言
锂离子动力电池是一种充电电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来
工作。
其主要结构由正极、负极、电解液、隔膜四部分构成。
其中正极材料的性
能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低，约占电池成
本的40%，因而追求高能量、长寿命、低成本是其主要技术发展方向。
目前主流
的正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。
二、正极材料专利技术分析
从图1的正极材料全球申请量发展趋势来看，其技术发展按专利申请的情况
主要分为三个阶段：（1）萌芽期（1993年之前）：这一时期，每年全球专利数
量只有十几项。
此时锂电池正极材料技术处于技术摸索阶段。
（2）平稳增长期（1994-2008年）：从1994年开始，正极材料相关的专利申请数量开始稳步增长。
1994年，得州大学发现了锂金属磷酸盐材料。
1999年，蒙特利尔大学、魁北克
水电公司、法国国家研究中心共同发明了碳包覆磷酸铁锂并获得专利权。
（3）
快速增长期（2009年-至今）：2009年以后，随着中国经济的快速发展和新能源
汽车政策的陆续颁布，锂离子电池引起广泛关注。
中国的锂离子电池正极材料技
术也迎来了发展机遇期，随着其市场份额的加大，竞争的加剧，以及专利保护意
识的提高，使得中国锂离子电池企业加大专利申请和保护的力度，以期与国外大
型企业更好地展开竞争，从而将该技术的专利申请量推到了一个新的高度。
可以
预见未来若干年，该领域仍然会是热门的研究领域。
图1正极材料全球申请趋势
全球范围内，排名前十五位的申请人中中国占据7席、日本占据3席、韩国
占据3席，美国占据1席。
目前来看，韩国、日本申请人在锂离子动力电池正极
材料产业的申请量大且技术整体处于领先地位，其中韩国的LG集团和三星集团
专利申请量分别占据第一、二位，LG的申请量达到了1135项，三星的申请量达
到了673项；日本申请人的排名也相对靠前，稳稳占据第二梯队；中国申请人近
年来特别关注锂离子动力电池领域，越来越多的企业投入到正极材料的研发中，
申请量也在逐渐增加，逐渐成为第三梯队的主力军，但与全球巨头企业差距仍然
较为明显。
中国申请人中，比亚迪排名第一，申请量达到了289项。
除了企业对
锂电池正极材料领域研究有极大兴趣外，高校和科研机构在国家资助下也积极投入，进行了大量的专利申请。
中南大学作为中国高校的代表，其科研实力有目共睹，努力攻关突破技术难题。
各大车企也在积极布局，以期形成一条功能完整、
有竞争力的产业链条。
三、三元正极材料专利技术分析
三元锂电池的比能量、比功率更大并且在大倍率充电、和耐低温性能等方面，三元锂电池也有很大的优势。
但由于三元材料包括贵金属钴，而上游钴资源相对
匮乏且供给集中成本较高、价格波动大，因而其研发重点在于降低金属钴的含量，主要途径包括提高镍含量，以及彻底去除金属钴。
从三元材料市场来看，中镍材料占据主流，高镍材料占比逐年增加，根据其
中镍钴锰摩尔含量的不同，大体可以分为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（523型）、
LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（622型）、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（811型）等等，但镍
含量的增加将导致电池的循环性能变差、稳定性降低，因而相应的材料改性手段
是高镍三元电池的研发重点（如图2-4所示），主要包括：采用碳/石墨材料包
覆高镍三元正极材料，增加材料内的离子和电子传输通道，提高导电性能，限制
正极材料与电解液之间的反应，进一步提高循环性能；采用金属氧化物包覆高镍
三元正极材料，避免活性物质与电解液直接接触，减少副反应和过渡金属的溶解；采用金属离子掺杂高镍三元正极材料，即在晶格中掺杂一些金属离子；采用浓度
梯度结构的高镍三元正极材料，具有浓度梯度结构的壳可以提供锂离子的平缓过渡，会具有更高的比容量和更好的循环性能及倍率性能。
图2 三元正极材料技术路线
四、磷酸铁锂正极材料专利技术分析
鉴于磷酸铁锂电池材料自身限制，目前领域内重要申请人对磷酸铁锂电池的
关注主要集中于改进其封装结构，进而提升其单位能量密度，图3示出了目前两
种主要封装结构改进方案。
图3磷酸铁锂电池封装结构的改进
封装结构的改进主要有两方面：1、改进封装结构，采用扁平化、无模组设计，由电芯直接组成电池包，提高电池板内部空间利用率，进而提升电池能量密度；2、取消了常规电池均设置的极耳结构，电极一段直接与壳体或者专门设计
的盖板进行连接，电流直接在电极集流体、盖板、壳体之间传导。
五、总结和发展建议
梳理关于锂离子动力电池的相关专利申请，可以看出目前主要的研发热点在
于正极材料的改进，重点是三元材料和磷酸铁锂正极材料。
其中磷酸铁锂目前申
请基本稳定，受限于材料本身的理论容量密度，材料技术已进入瓶颈期，但由于
价格优势和安全性能稳定，近年有回升的趋势，主要在于封装结构上的创新，提
高电芯能量密度；三元为了提高能量密度，逐渐从中低镍向高镍化发展，主要涉
及涉及形貌、单晶化、残碱及改性等多个方面。
为满足对高容量和低成本的要求，镍钴锰三元材料开始向低钴化甚至无钴化发展，无钴高镍正极材料是未来研发的
趋势。