百科知识 锂电池领域发展态势分析体现在哪些方面

锂电池领域发展态势分析体现在哪些方面

时间:2023-05-13 百科知识 版权反馈
【摘要】:反映中国锂电池领域水平的另一标志是近年来在中国举办了一系列与锂电池相关的国际学术会议。相比之下,其他国家在锂电池领域的基础研究大多集中在少数几个研究机构,技术研发分布在工业研究部门。在影响锂电池整个领域发展方面,我国缺乏重要的原创性研究工作,大部分高水平的研究成果集中在对某一研究方向的跟踪与深化。这些数据反映出中国在锂电池领域的平均影响力较低。

锂电池领域发展态势分析体现在哪些方面

本文刊载于《科学观察》2013年第8卷第1期P51—P54。如果您喜欢,欢迎订购我刊。@版权所有中国科学院文献情报中心《科学观察》编辑部。未经许可,不得转载。

在当前新能源技术发展中,锂二次电池作为关键储能系统成为研究热点,并被视为未来电动交通、储能电站等若干重大应用的理想选择。随着材料与电池反应控制技术的发展,锂二次电池在能量密度与安全性能方面的突破,其应用市场势必快速拓展至军事航天、交通、电力等众多领域,成为一种广泛应用的清洁能源系统。

锂电池是基于金属锂或储锂化合物为负极的一类新型化学储能体系,代表了化学电源技术发展的最先进水平。其中的锂二次电池汇集了诸多新构思、新材料与新技术的应用,主要包括:嵌入反应化学与高容量嵌锂材料、结构转换反应与纳米复合材料、固态离子学与离子导电材料、聚合物电化学掺杂反应与氧化还原活性有机材料、电池反应控制技术与温度/电压敏感材料、界面反应动力学与表面结构调控方法等多学科的理论与方法。利用上述材料技术,构建安全高效的电池反应环境,实现高能量密度电能储存、高功率电能转换、以及长寿命循环,是锂二次电池技术研究的主要内容。

总体而言,中国在锂电池领域的学术研究与产业技术在国际上处于先进水平。从基础研究来看,近五年(20062010)中国发表SCI论文3161篇,占全世界相关论文总数(9417)33.57%,远高于美国(16.80%)、韩国(12.65%)日本(11.82%)。从引文数量来看,中国科研论文的引用率也大幅提升,近五年SCI引文数量26429次,约占全球引文数量总和(95161)27.8%,这一比例已超过同期美国(25%)和日本(11%)的引文比例。应当看到,中国SCI引文总数高的主要原因在于SCI论文数量的规模效应,若统计中国SCI论文的篇均引文,这一数据显著落后于美、德、日等国。但是,引用数量的提升至少反映出中国锂电池的研究工作受国际同行关注的程度在提高。

反映中国锂电池领域水平的另一标志是近年来在中国举办了一系列与锂电池相关的国际学术会议。如2007年在深圳召开的国际电池材料协会(IBA)年会、2008年在天津滨海新区召开的第14届国际锂电池会议(IMLB)、同年召开的第8届中国国际电池技术交流会以及2009年在北京召开的国际电化学大会。在近年来的一系列国际会议上,中国科学家的特邀大会报告和分会主题报告占有很大的比例,表明了我国的锂电池研究受到国际同行的高度关注,并具有较大的影响力。同时,近年来美国、日本、韩国的政府科研机构与学术团体积极开展与中国的合作,在锂电池领域组织系列定期双边学术研讨会议,国际上一些著名实验室与中国科研机构建立联合研究中心等,这些事实充分体现了中国在锂电池领域的研究实力。

在基础研究与技术发展的支持下,中国锂电池工业已形成完整的产业链,产业规模已达成与日本、韩国三足鼎立的局面,其中锂离子电池的产量占全球市场的30%以上。2008年以来,中国企业深圳比亚迪、深圳比克、天津力神已位于全球10大锂离子电池生产商之列。近年来,中国锂电池的多型号产品进入iPhone手机Dell笔记本电脑BMW电动汽车等高端配套市场,反映出中国的锂离子电池制造技术与产品性能水平达到国际先进行列。

从研究规模来看,中国从事锂电池研究的机构数量无疑位于世界第一,绝大多数理工类重点高校均建立了与锂电池相关的研究团队,至少上百个研究团队活跃在国内外学术舞台。从研究机构层面看最近5SCI论文发表数量,进入世界前10位的机构里中国占据6席,其中中南大学复旦大学清华大学过去5年发表的SCI论文数量位居世界前三名。以排名第一的中南大学为例,在该校的冶金学院和化学化工学院均建立了锂离子电池的研究团队,参与相关研究的专职教师约50人之多。位居第二、第三名的复旦大学、清华大学与之类似,在化学学科、材料学科、能源技术学科均有独立的锂电池研究团队。相比之下,其他国家在锂电池领域的基础研究大多集中在少数几个研究机构,技术研发分布在工业研究部门。值得注意的是,国际上一些著名工业研究机构(如日本索尼公司技术研究院)限制发表SCI论文,因此单从论文排行榜不易评价国内外工业界研究机构的研究实力与水平。(www.daowen.com)

从科研工作的质量来看,中国机构的研究水平和原创性与国际上一些先进研究机构存在较大的差距。以美国得克萨斯大学(University of TexasAustin)为例,尽管该校发表SCI论文不及中国许多机构,但目前最具代表性的几类锂离子电池正极材料体系(钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂)均出自该校JohnB. Goodenough的课题组。法国皮卡迪大学(Universitéde Picardie JulesVerne)未进入论文数量排行榜,但过去10年在锂电池领域的SCI引文数量(6179)高居第一,多年来该校的M. ArmandJ. M. Tarascon研究组在锂离子电池新体系与新材料方面做出了许多开创性工作,不断引领这一领域研究的方向。

在影响锂电池整个领域发展方面,我国缺乏重要的原创性研究工作,大部分高水平的研究成果集中在对某一研究方向的跟踪与深化。总体而言,中国锂电池研究大多集中在已知材料体系的结构与表面改性、制备方法的改进、反应性质的认识等具体问题的分析解释方面,而在电池反应新构思、新体系、新材料方面鲜有引领全局性、方向性的突破性工作。

在近5年中,美国发表锂电池领域的SCI论文数量为1582篇,引文数量为33705次,篇均引文为20.3次;法国发表SCI论文为614篇,引文数量为12714次,篇均引文为20次;日本SCI论文的篇均引文为20.7次。相比之下,中国发表SCI论文高达3161篇,引文数量为14483次,篇均引文仅为4.6次。这些数据反映出中国在锂电池领域的平均影响力较低。

同样,SCI引文数量与篇均引文基本上反映了我国机构在锂电池领域的研究水平。按照篇均引文比较,南开大学(14)、中国科学技术大学(13.8)、复旦大学(12)与美国著名锂电池研究中心——阿贡国家实验室(13)相近,且在引文数量方面也十分接近(2000),说明中国的部分研究机构在研究水平上与国际一流实验室基本相当。

考察上述中国机构在锂电池领域的重要工作不难发现,许多重要成果的新颖性体现在材料的合成路线与结构形貌方面,其学术吸引力毋庸置疑地受到国际顶级专业杂志的肯定。但在引领锂电池领域发展的新概念与新体系方面,中国研究机构尚缺乏开创性工作。这或许是目前中国锂电池研究领域与国际先进水平的主要差距。

锂二次电池已成为先进便携式电子市场的主导配套电源。随着信息技术的发展,锂二次电池在移动式信息产品领域的应用将继续保持年均10%以上的快速增长,在未来很长时期内仍将处于一枝独秀的发展态势。在当前新能源技术发展中,锂二次电池均作为关键的储能系统成为研究热点,并被视为未来电动交通、储能电站等若干重大应用的理想选择。随着材料与电池反应控制技术的发展,锂二次电池在能量密度与安全性能方面的突破,其应用市场势必快速拓展至军事、航天、交通、电力等众多领域,成为一种广泛应用的清洁能源系统。

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