锂离子电池作为取代镍氢电池和铅酸电池的一种新型绿色电池，由日本索尼公司率先研制成功并于1991 年实现商业化。锂离子电池主要由负极、正极、电解质、隔膜以及外部包装等组成。正极、负极和隔膜通过叠片和卷绕等工艺形成方形或圆形的形状，在空隙处注入电解液，并用铝壳、钢壳等进行包装，组成锂离子电池。

锂离子电池放电时主要工作原理是锂离子从正极脱出，经过电解质迁移并嵌入到负极，引发电子在外电路进行迁移，从而对外提供电能。在每一次充放电循环过程中，锂离子充当了电能的搬运载体，周而复始的在正极与负极间来回移动，与正、负极材料发生化学反应，将化学能和电能相互转换。

从产业链来看，行业包括上游的矿物资源（锂、锰、钴、镍及各类化合物），中游“四大关键材料”，以及下游电芯制造、PACK（电池串）组装。

上游：             

锂电池上游为原材料资源的开采、加工，主要有锂资源、钴资源和石墨。

锂电池目前的消耗品主要是碳酸锂而非锂金属。锂矿有两种存在形式：锂辉石、盐湖锂矿

从开发来说，盐湖提锂要针对每个盐湖的具体情况稳步进行，提锂工艺不是可以随便这个湖复制到另外一个湖，这是一个较大的制约因素。矿物提锂相对成本相对比较高，但是技术有通用性，而且产量稳定不受气候影响。

中游：

锂电池中游主要是四大关键材料的生产：正极材料、负极材料、隔膜和电解液。

在锂电池的原材料成本中，正极材料占40-46%，负极材料占5-15%，隔膜10-14%，电解液5-11%，其他18-36%。

1、正极材料，是锂电池生产的核心关键材料，对锂电池的比容量、安全性、稳定性、循环寿命、生产成本等主要指标起到决定性作用。锂电正极材料包括钴酸锂、多元材料、锰酸锂和磷酸铁锂等产品。

上游行业主要是钴盐、镍盐、锰盐、其他金属盐以及碳酸锂、氢氧化锂生产企业。现在已经市场化的锂电正极材料包括钴酸锂、三元镍钴锰酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等产品。 

2、负极材料，从原料方面看，石墨类负极材料是市场主流需求品种，占总出货量的90%。

与正极材料相比，负极材料占锂离子电池成本比重较低，技术难度也最低。目前，国内负极材料产能也较大，基本能满足国内市场的需求，但随着新能源汽车的逐步普及，未来负极材料的市场需求将出现巨大缺口。 

3、电解液由电解质（以六氟磷酸锂为主）、高纯度非质子性有机溶剂和必要的添加剂等原料组成，对电池的循环性能、高低温性能、倍率性能和安全性能等至关重要。2014年我国电解液出货量已经占到全球的50%以上，国内前五大企业国泰华荣、新宙邦、天赐、金牛和杉杉占据国内市场份额的65%。 

4、隔膜，锂离子电池内部采用螺旋绕制或者层叠结构以求最大程度的利用空间，因此需要用非常精细且渗透性强的薄膜隔离正负极，达到既绝缘正负极防止短路又能让锂离子自由通过的作用。

下游：电芯制造及PACK组装

电芯，即电池的内部结构，电池去掉保护板PCM、外壳，里面的部分就是电芯。

锂离子电池根据所用电解质材料的不同，可以分为液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(LIP)两大类。二者所用的正负极材料是相同的，电池的工作原理也基本一致。电芯制造就是将正负极、电解液、隔膜按工作原理制造成一个整体。

PACK，电池PCAK就是锂电池的封装。

单体电芯的电压容量有时无法满足用户的需求，此时就需把电池做些串联或者并联的组合。几个电芯的串联或者并联再加上办护板，组成一个可以满足用户需求的电池组的过程就叫锂电池的PCAK。

正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一，也是目前商业化锂离子电池中主要的锂离子来源，其性能和价格对锂离子电池的影响较大。目前研制成功并得到应用的正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料镍钴锰酸锂（NCM）和镍钴铝酸锂（NCA）等。

钴酸锂是第一代商业化正极材料，在几十年的发展中逐渐改性和提高，可以认为是最成熟的锂离子电池正极材料。钴酸锂具有放电平台高、比容量较高、循环性能好、合成工艺简单等优点。但该材料中含有毒性较大的钴元素，且价格较高，制作大型动力电池时安全性难以保证。

钴酸锂仍是小型锂电池的最佳选择。目前在3C 电子电池中，大多数仍使用钴酸锂而并非比容量更高的三元材料，原因是钴酸锂材料的压实密度大于三元材料，即单位体积内能容纳的钴酸锂量更多。在更为重视体积密度的小型电池中，钴酸锂占有着一席之地。

磷酸铁锂是目前广受关注的正极材料之一，理论比容量为170mAh/g，实际比容量可达150mAh/g 以上，其主要特点是不含有害元素，成本低廉，安全性非常好，循环寿命可达10000次，这些特点使得磷酸铁锂材料迅速成为研究热点，磷酸铁锂电池也在电动汽车领域有了广泛的应用。

磷酸铁锂的缺点也较为明显，即能量密度低。原因有两点，一是磷酸铁锂材料的电压仅有3.3V 左右，低于其他正极材料，这使得磷酸铁锂电池储存能量较低；二是磷酸铁锂导电性较差，需要纳米化并进行包覆才能获得良好的电化学性能，这使得材料变得蓬松，压实密度较低。两者综合作用，使得磷酸铁锂电池的能量密度低于钴酸锂和三元电池。因此磷酸铁锂电池主要应用于电动大巴车及少量乘用车中。

三元材料是与钴酸锂结构极为相似的锂镍钴锰氧化物的俗称，这种材料在比能量、循环性、安全性和成本方面可以进行均衡和调控。

镍钴锰三种元素的不同配置将为材料带来不同的性能：镍含量增加将增加材料的容量，但会使循环性能变差；钴的存在可使材料结构更加稳定，但含量过高会使容量降低；锰的存在可以降低成本并改善安全性能，但含量过高则会破坏材料的层状结构，因此找到三种材料的比例关系以达到综合性能最优化，是三元材料研发的重点。常见配比有NCM111、523、622、811 等。NCA则是将其中的锰元素用铝元素来替代，一定程度上改善材料的结构稳定性，但其铝含量较少，可近似看成是一种二元材料。

固态锂电池采用固体电解质替代电解液和隔膜。一方面，固体电解质具备离子导电性，能够替代传统电解液，起到在正负极之间传输锂离子的作用；另一方面，固体电解质同时具备电子绝缘性，可以替代隔膜，隔绝正负极，防止短路。此外，根据负极材料的不同，又可以分为固态锂离子电池和固态金属锂电池，前者负极材料主要是石墨基、硅碳材料等可以嵌锂的材料，后者负极材料主要是指金属锂。

固态锂电池的安全性能和能量密度更高。固态锂电池可从根本上解决液态的安全隐患，全固态锂电池采用固体电解质，固体电解质一般由有机、无机化合物合成，熔点、沸点均较高，大部分材料不可燃，不含有任何低闪点、易燃易爆的有机溶剂，解决了电解液的易燃性。金属锂比容量高，接近石墨负极的10倍。锂金属具备极高的容量，理论值达到3860mAh/g；石墨的理论容量只有372mAh/g，目前能实现的可逆容量有365mAh/g，高容量的硅基负极材料容量能达到1000-1500mAh/g，但在脱嵌过程中会发生较大的体积膨胀和收缩，实际中很难有效发挥出来，仅能达到420-450mAh/g。金属锂即使只发挥出50%的有效容量，也远高于石墨和硅基负极。