又有“锌”突破！锌离子电池将成新风口？

1970年，科学家制成了首个锂离子电池；1991年，索尼公司发布首个商用锂离子电池。此后，又经过数十年发展，锂电池成功应用在新能源汽车上，成为市场上“一家独大”的动力电池种类。

(相关资料图)

但是，随着锂资源储量、电池安全性、环境友好等问题日益发酵，市场正在加速探索锂电池的替代品。在锂电池的基础上，已经出现了钠离子电池，此外还有钒锍电池、铝离子电池、钛电池、氢能源等方案。

近期，锌离子电池也出现了重大突破。

新型水系锌离子电池正极材料问世

据科技日报消息，中国科学技术大学的国家同步辐射实验室宋礼教授团队，基于插层型锌离子电池正极材料的同步辐射谱学表征，提出了插层剂诱导轨道占据的概念，开发出具有快速充电性能的铵根插层五氧化二钒锌离子电池正极材料。相关成果日前发表于国际学术期刊《美国科学院院刊》上。

简单来说，就是前述团队研发出一种新型正极材料，进一步提升了水系锌离子电池的性能。测试结果表明，在电流密度为200倍率时，铵根插层五氧化二钒正极材料的比容量仍维持在101.0毫安时每克，且充电时间仅需18秒。

通常情况下，正负电极分别处于平衡状态，随着电流密度加大，正负电极发生化学反应的速度跟不上电流速度，会造成电极极化，类似通常所说的电池被腐蚀了，这会导致电极材料的比容量下降，因此在同等电压下，能量密度也将降低。而前述团队研发的新型正极材料进行化学反应的速度极快，在200倍率电流下也能保持较高比容量，即进行超级快充时不会对电池本身能量密度造成过多影响。

锌离子电池的三大优势

目前，前述团队的水系锌离子电池尚无具体的性能数据，但综合各类学术信息，水系锌离子电池对比常规锂电池，具备无毒、高容量、高安全性的特点，并且比锂化学性质更稳定、原材料成本压力更低。

特点1：循环次数长。

循环寿命更长是锌离子电池最常被提及的特点之一，相比锂电池当前最高8000-10000次的循环寿命，锌离子电池循环次数已经有了重大突破。2022年，美国加州大学洛杉矶分校Richard B. Kaner和伊朗塔比阿特莫达勒斯大学Mir F. Mousavi等人报道了一种水系锌基超级电池，在17000次循环后显示出96.4%的放电效率，显示出了锌离子电池的超长寿命。此外，北京化工大学材料学院陈仕谋教授团队也设计了一种水系锌离子电池，在大电流和宽温度下表现出高性能，循环寿命可达80000次。

特点2：极致安全与环境友好。

目前锂离子电池在各种可充电电池中显示出极高的能量密度、循环稳定性和能量效率，然而，锂离子电池的致命缺陷之一是安全问题，不能弯曲、不耐高温、容易起火等安全隐忧一直没有解决。相比之下，锌电池最大的优势就在于极致安全。

水系锌离子电池的正负极材料主要是金属氧化物，相对稳定，整个体系电池也相当于是泡在水里面的，几乎不存在任何的起火爆炸的风险。稳定、安全，给锌电池带来了更多的尺寸变化与应用场景，从纽扣电池、消费电子产品、电动汽车、大型储能站，都可以使用锌离子电池。同时，相比锂电池会造成的镍、钴、氟污染，有机物、粉尘、酸碱污染，锌离子电池毒性更低，对生态环境污染更小，属于理想的环境友好电池。

特点3：成本低廉。

目前，电池级碳酸锂价格已经跌至20万元/吨，但相比锌电池，成本依然太高。锌是自然界分布较广的金属元素，据中商情报网消息，全球锌资源总储量达2.5亿吨，远高于全球锂资源储量的8600万吨。

丰富的储量带来的是更低的成本，据长江有色消息，近期现货锌价在22000元/吨上下，仅为碳酸锂价格的十分之一。99.7优极品氧化锌报价也仅在20000元/吨左右。在回收方面，相关金属行业内也已经形成完整产业链。一次性干电池甚至不需要回收，可以直接作为固体废弃物处理，技术难度较小。

锌电池前景广阔，但商业化落地仍困难

由于水系锌离子电池具有成本低廉、制造简单、稳定安全、环境友好等优势，消费电池、动力电池、储能电池等领域中均可应用。

大锌能源CEO唐子杰认为，短期来看，水系锌电池会在两三年内迎来爆发期。长期来看，得益于新能源汽车的发展，锂/钠电池未来会占到60%的市场。但在安全性考量要求较高的场景，一部分客户会使用各类水系电池，包括锌离子电池、液流电池等。锌电池凭借水系电池中最高的能量密度、较低的价格依然会有竞争力。

不过，锌离子电池应用的最主要方向，还是储能。

目前而言，全球长时储能市场前景广阔。据光大证券研报，麦肯锡预计2025年全球长时储能(8小时以上)累计装机量将达到30-40GW，2040年将达到1.5-2.5TW(是目前全球储能系统装机量的8-15倍)。经历二十多年发展的可充电锌电池，降低成本的同时又提高了循环性，目前已能相对完美地匹配储能市场需求。

目前，A股上市公司也对锌电池有一定的布局。其中，ST海投、中电兴发参股公司已有锌基电池产品，锌业股份、西部矿业、罗平锌电、驰宏锌锗、株冶集团等具备锌金属生产或冶炼能力。

不过，理想是丰满的，现实究竟如何，还要等水系锌离子电池真正实现商用才能见分晓。

目前，水系锌离子电池的产业化仍处于起步阶段，许多实验室的研究成果在产业的规模化试制中并没有得到很好的验证，所以想要撼动锂电池的地位几乎不可能。而能量密度较低、电极结晶、电解液消耗等问题也是水系锌离子电池商业化面对的难题。

当前来看，锌电池市场的开拓仍然围绕着极致安全特性地和低成本进行。

在国内，锌电池行业玩家的进程还处于早期阶段，大多在做小尺寸消费类电池，做示范性工程送样或者小订单，以期获得市场认可。国外玩家包括ZINCFIVE、EOS energy、EnZinc等。一部分企业初期技术不完善，但在近年来订单也有了爆发式增长。行业内的锌玩家根本上比拼的仍然是技术，但有客户的认可锌电池才能更快发展。