2022年中國(guó)關(guān)鍵新材料技術(shù)及創(chuàng)新生態(tài)發(fā)展圖景研究報(bào)告

一、序言

二、先進(jìn)半導(dǎo)體材料

? 第三代半導(dǎo)體材料戰(zhàn)略性、先導(dǎo)性地位凸顯

? 中國(guó)第三代半導(dǎo)體材料技術(shù)與全球先進(jìn)水平縮小、產(chǎn)業(yè)集聚態(tài)勢(shì)正在形成

? 中國(guó)第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)發(fā)展迅速及未來(lái)展望

三、新型鋰電材料

? 鋰離子電池材料：跳躍在汽車電動(dòng)化浪尖的關(guān)鍵新材料

? 磷酸鐵鋰和三元材料優(yōu)勢(shì)各有不同，是目前正極材料市場(chǎng)主流的研究方向

? 負(fù)極材料：石墨材料主導(dǎo)市場(chǎng)，新型負(fù)極材料具備潛力

? 電解液材料：新型材料成本過(guò)高，固態(tài)電解質(zhì)另辟蹊徑

? 隔膜材料：聚烯烴隔膜工藝成熟，新材料性能優(yōu)越成本高昂

? 中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)力：下游市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，政策提供多元化支持

? 中國(guó)鋰電材料技術(shù)：低成本、高性能、高安全性是發(fā)展方向

? 中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)：完整產(chǎn)業(yè)鏈和政策引導(dǎo)為鋰電材料產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大潛力

四、氫能材料

? 氫能突破的關(guān)鍵——儲(chǔ)氫材料與氫燃料電池材料

? 儲(chǔ)氫材料：氫能利用的第一道門檻

? 氫燃料電池材料：從氫能到電能關(guān)鍵樞紐

? 政府引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展，氫能材料產(chǎn)業(yè)形成集群

? 產(chǎn)業(yè)園區(qū)：四大集聚區(qū)逐步成型

? 企業(yè)發(fā)展模式：從技術(shù)引進(jìn)到自主創(chuàng)新

? 氫能產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵支撐：氫能研究機(jī)構(gòu)與團(tuán)隊(duì)

? 技術(shù)展望：突破成本瓶頸，推進(jìn)氫能普及

? 產(chǎn)業(yè)展望：產(chǎn)業(yè)集群初步形成，政策引導(dǎo)下中國(guó)氫能材料未來(lái)可期

一、序言

什么是關(guān)鍵新材料？新材料是指新近發(fā)展或正在發(fā)展的、具有優(yōu)異性能的結(jié)構(gòu)材料和有特殊性質(zhì)的功能材料。在當(dāng)前新一代信息技術(shù)、新能源、智能制造等新興產(chǎn)業(yè)迅速崛起的背景下，疊加中國(guó)“雙碳”目標(biāo)對(duì)新材料市場(chǎng)需求的拉動(dòng)，部分處于產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵位置、環(huán)節(jié)的新材料地位愈加凸顯，這里將它們稱作關(guān)鍵新材料。

2022年正值中國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)與“雙碳”政策推進(jìn)的關(guān)鍵階段，半導(dǎo)體和新能源行業(yè)再度成為關(guān)注的焦點(diǎn)。能否在這兩個(gè)領(lǐng)域取得突破一定程度上決定了產(chǎn)業(yè)升級(jí)和“雙碳”政策的落地進(jìn)程。

產(chǎn)業(yè)升級(jí)先鋒，先進(jìn)半導(dǎo)體材料位置突出。隨著第四次工業(yè)革命到來(lái)，大量新技術(shù)需要依靠芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，但在過(guò)去的幾十年間，中國(guó)的半導(dǎo)體材料過(guò)度依賴進(jìn)口，無(wú)法自給自足的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)限制了中國(guó)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。先進(jìn)半導(dǎo)體材料作為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基石，在國(guó)際局勢(shì)愈加動(dòng)蕩的背景下，其供需矛盾日益凸顯，在諸多關(guān)鍵新材料中的地位也逐漸突出。

“雙碳”目標(biāo)下新能源材料重要性凸顯：鋰離子電池材料需求猛增，氫能材料蓄勢(shì)待發(fā)。隨著中國(guó)“雙碳”目標(biāo)從戰(zhàn)略到落地，各行業(yè)開始施行減碳措施，碳排放占全中國(guó)終端碳排放15%的交通領(lǐng)域勢(shì)必要率先做出改革。使用電能、氫能代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源的新能源汽車是交通領(lǐng)域減碳的首選方案。目前已經(jīng)廣泛使用的鋰離子電池和極具應(yīng)用前景的氫燃料電池是新能源汽車的核心，其材料發(fā)展決定了中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，地位的重要性顯而易見(jiàn)。

本報(bào)告聚焦先進(jìn)半導(dǎo)體材料、新型鋰電材料和氫能材料三個(gè)領(lǐng)域，以關(guān)鍵新材料前沿技術(shù)為基礎(chǔ)，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力出發(fā)，呈現(xiàn)中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展圖景，繪制研究體系圖譜，以饗讀者。

二、先進(jìn)半導(dǎo)體材料

第三代半導(dǎo)體材料“超越摩爾定律”，成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新的發(fā)展重心

（一）第三代半導(dǎo)體材料戰(zhàn)略性、先導(dǎo)性地位凸顯

第三代半導(dǎo)體材料，指帶隙寬度明顯大于Si（1.1eV）和GaAs（1.4eV）的寬禁帶半導(dǎo)體材料，主要包括Ⅲ族氮化物（如GaN、AlN等）、碳化硅（SiC）、氧化物半導(dǎo)體（如ZnO、Ga?O?等）和金剛石等寬禁帶半導(dǎo)體。當(dāng)前具備產(chǎn)業(yè)化條件的以SiC和GaN為主，AlN、ZnO、Ga?O?、金剛石等寬禁帶半導(dǎo)體大多處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，產(chǎn)業(yè)化尚需時(shí)日。

第三代半導(dǎo)體材料性能更加優(yōu)異。相對(duì)于Si、GaAs和InP，第三代半導(dǎo)體材料具有高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率、高電子飽和率、高漂移速率以及高抗輻射能力等優(yōu)越性能，這些優(yōu)勢(shì)有望大幅降低裝置的損耗和體積/重量，因而第三代半導(dǎo)體材料在高功率、高頻率、高電壓、高溫度、高光效等領(lǐng)域具有難以比擬的優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景。

表1.傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料與第三代半導(dǎo)體材料電學(xué)參數(shù)比較（來(lái)源：DeepTech）

第三代半導(dǎo)體材料成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新的關(guān)注點(diǎn)。首先，傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料遵循摩爾定律演進(jìn)趨勢(shì)，隨著制程微縮的難度和成本指數(shù)級(jí)上升，摩爾定律腳步放緩，以新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝為特征的“超摩爾定律”成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新方向。其次，能源危機(jī)和環(huán)保壓力日益凸顯，第三代半導(dǎo)體材料在功率電子、光電子和微波射頻領(lǐng)域具有Si器件所不具備的優(yōu)異性能，以SiC和GaN為代表的第三代半導(dǎo)體成為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)驅(qū)動(dòng)因素。第三，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力，建立自主可控集成電路產(chǎn)業(yè)體系是國(guó)家重要的發(fā)展戰(zhàn)略。在第一代半導(dǎo)體集成電路競(jìng)賽中，中國(guó)大幅落后于國(guó)際先進(jìn)水平，但是在第三代半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域中國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平的差距相對(duì)較小，有可能實(shí)現(xiàn)“彎道超車”。

第三代半導(dǎo)體材料是支撐制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要保證。第三代半導(dǎo)體材料適用于中高壓電力電子轉(zhuǎn)換、毫米波射頻和高效半導(dǎo)體光電子應(yīng)用?？梢詰?yīng)用于光伏、風(fēng)能、4G/5G移動(dòng)通信、高速鐵路、電動(dòng)汽車、智能電網(wǎng)、大數(shù)據(jù)/云計(jì)算中心、半導(dǎo)體照明等各個(gè)領(lǐng)域。如4G/5G通信基站和終端使用的GaN微波射頻器件和模塊、高速鐵路使用的SiC基牽引傳動(dòng)系統(tǒng)、光伏電站、風(fēng)能電場(chǎng)和電動(dòng)汽車使用的GaN或SiC電能逆變器或轉(zhuǎn)換器、智能電網(wǎng)使用的SiC大功率開關(guān)器件、工業(yè)控制使用的GaN或SiC基電機(jī)馬達(dá)變頻驅(qū)動(dòng)器，大數(shù)據(jù)/云計(jì)算中心使用的GaN或SiC 基高效供電電源，半導(dǎo)體照明中使用的GaN基高亮度LED等。

圖1.第三代半導(dǎo)體材料主要應(yīng)用領(lǐng)域（來(lái)源：DeepTech）

（二）關(guān)鍵技術(shù)取得突破，與全球先進(jìn)水平差距縮小

通過(guò)國(guó)家和地方的大力支持，中國(guó)第三代半導(dǎo)體材料發(fā)展迅速，形成了比較完整的技術(shù)鏈，部分關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

圖2.第三代半導(dǎo)體材料主要技術(shù)環(huán)節(jié)（來(lái)源：DeepTech）

在SiC襯底及外延方面：中國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)4英寸SiC襯底的量產(chǎn)，開發(fā)出6-8英寸SiC單晶樣品，襯底質(zhì)量與國(guó)際水平尚存在一定差距。在SiC外延方面，中國(guó)實(shí)現(xiàn)了4-6英寸SiC外延片的量產(chǎn)，可以滿足3.3kV及以下功率器件制備需求，而超高壓（＞10kV）SiC功率器件所需的N型SiC外延片以及雙極型SiC功率器件所需的P型SiC外延片等方面還處于研究階段。

在GaN襯底及外延方面：中國(guó)形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氫化物氣相外延（HVPE）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了2英寸自支撐GaN襯底量產(chǎn)和4英寸小批量出貨，實(shí)現(xiàn)6英寸GaN單晶襯底研發(fā)，晶體質(zhì)量達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。在GaN外延方面，根據(jù)襯底的不同主要分為GaN-on-sapphire、GaN-on-Si、GaN-on-SiC、GaN-on-GaN 四種。GaN-on-sapphire主要應(yīng)用在LED市場(chǎng)，主流尺寸為4英寸；GaN-on-Si主要應(yīng)用于電力電子和光電子市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)6-8英寸Si上 GaN外延片，克服了大尺寸Si襯底上GaN外延材料的開裂和翹曲等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，部分技術(shù)處于國(guó)際先進(jìn)水平；GaN-on-SiC主要應(yīng)用在微波射頻市場(chǎng)，中國(guó)已成功生長(zhǎng)出高質(zhì)量的4英寸SiC襯底上GaN HEMT器件外延片；GaN-on-GaN主要應(yīng)用市場(chǎng)是藍(lán)/綠光激光器，中國(guó)還未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

在電力電子器件方面：中國(guó)多家企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)掌握了SiC SBD和JFET的量產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)650V-1700V的SiC SBD產(chǎn)品大規(guī)模出貨以及3300V SiC SBD產(chǎn)品樣品。研制出650V-1700V的SiC MOSFET產(chǎn)品，尚不具備產(chǎn)業(yè)化能力。GaN電力電子器件方面，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了650V及以下Si上GaN電力電子器件的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但主要以分立器件為主，系統(tǒng)集成度和導(dǎo)通電阻等關(guān)鍵指標(biāo)與國(guó)際先進(jìn)水平有差距；已經(jīng)研發(fā)出面向新能源汽車應(yīng)用的1200V Si上GaN器件，尚未取得應(yīng)用突破。

在微波射頻器件方面：GaN微波射頻器件主要包括SiC基GaN、Si基GaN和金剛石基GaN的功率放大器。對(duì)于SiC基GaN工藝，主要應(yīng)用場(chǎng)景是軍事和國(guó)防領(lǐng)域的雷達(dá)、衛(wèi)星通信，對(duì)輸出功率要求比較高，中國(guó)已經(jīng)研制出覆蓋C波段和Kα波段多款軍用GaN HEMT及MMIC；在民用方面，中國(guó)推出了用于無(wú)線通信基站的GaN微波功率管，但在可靠性、工藝技術(shù)方面還存在較大差距。對(duì)于Si基GaN器件來(lái)說(shuō)，主要應(yīng)用場(chǎng)景是規(guī)模巨大的5G通信系統(tǒng)，輸出功率要求不高，對(duì)低成本、高性價(jià)比的要求相對(duì)比較高，中國(guó)已經(jīng)推出了相關(guān)產(chǎn)品，但還未大規(guī)模應(yīng)用。對(duì)于金剛石基GaN 射頻器件來(lái)說(shuō)，主要應(yīng)用場(chǎng)景是軍事和國(guó)防用雷達(dá)、衛(wèi)星通信，對(duì)輸出功率要求比較高，目前處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。

在光電子器件方面：LED技術(shù)與國(guó)際差距較小，部分技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先。目前中國(guó)在藍(lán)寶石襯底上制備的功率型白光LED產(chǎn)業(yè)化光效超過(guò)160Im/W，在Si襯底上制備的LED產(chǎn)業(yè)化光效超過(guò)150Im/W，處于國(guó)際領(lǐng)先水平。在高端照明如汽車照明，核心專利技術(shù)由美國(guó)、德國(guó)、日本掌握。在新型顯示方面，Micro-LED作為下一代顯示技術(shù)的重要技術(shù)路線，中國(guó)從關(guān)鍵裝備到芯片、封裝、驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)企業(yè)也進(jìn)行了全面布局。

（三）區(qū)域發(fā)展各具特色，產(chǎn)業(yè)集群正在形成

中國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有20多年的發(fā)展歷程，政府高度重視技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)布局相對(duì)完善，已經(jīng)成為全球最重要的半導(dǎo)體照明產(chǎn)品生產(chǎn)國(guó)。中國(guó)第三

代半導(dǎo)體電力電子、射頻及光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展時(shí)間相對(duì)較短，從中央到地方密集出臺(tái)政策措施扶持產(chǎn)業(yè)發(fā)展，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集聚態(tài)勢(shì)正在形成。

國(guó)家層面，2015年國(guó)務(wù)院印發(fā)了《中國(guó)制造2025》國(guó)家戰(zhàn)略，提出了發(fā)展第三代半導(dǎo)體材料的任務(wù)和要求；隨后，國(guó)家各部委相繼出臺(tái)了《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》、《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等多項(xiàng)重要規(guī)劃，均布局了第三代半導(dǎo)體相關(guān)內(nèi)容。面向“十四五”，第三代半導(dǎo)體材料相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)寫進(jìn)“十四五”國(guó)家發(fā)展規(guī)劃。

地方層面，北京、深圳、廣東、福建、江蘇、浙江、湖南等省市政府先后出臺(tái)相關(guān)政策（不包括 LED），第三代半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展均被納入地方“十三五”和“十四五”相關(guān)領(lǐng)域規(guī)劃內(nèi)容。各地區(qū)依托當(dāng)?shù)貎?yōu)勢(shì)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)，通過(guò)推進(jìn)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化、資本投資等多種形式，推動(dòng)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

表2.中國(guó)第三代半導(dǎo)體材料相關(guān)政策（來(lái)源：各部委網(wǎng)站、DeepTech）

中國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)成熟，形成了環(huán)渤海、長(zhǎng)三角、珠三角、閩三角以及中西部五大產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。從產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)情況來(lái)看， 中國(guó)形成了13個(gè)國(guó)家級(jí)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)基地。2004年，上海、廈門、大連、南昌、深圳、揚(yáng)州和石家莊7個(gè)地區(qū)獲批建立國(guó)家級(jí)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化基地，加快了中國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的空間集聚，推動(dòng)了半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。隨著半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的城市將半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)列為當(dāng)?shù)刂攸c(diǎn)布局的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，著力建設(shè)半導(dǎo)體照明相關(guān)產(chǎn)業(yè)基地和園區(qū)，2009年，科技部認(rèn)定天津、杭州、武漢、東莞、西安和寧波6個(gè)地區(qū)建立國(guó)家級(jí)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化基地。依托國(guó)家級(jí)產(chǎn)業(yè)基地，各地建成了數(shù)百個(gè)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)園區(qū)，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)在中國(guó)全面開花，推動(dòng)中國(guó)成為全球最大的半導(dǎo)體照明產(chǎn)品生產(chǎn)和出口地。

圖3.中國(guó)國(guó)家級(jí)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)基地分布情況（來(lái)源：DeepTech）

中國(guó)第三代半導(dǎo)體電力電子、微波射頻及光電子產(chǎn)業(yè)正在加速形成各具特色的產(chǎn)業(yè)集群。中國(guó)在SiC、GaN材料及器件方面的發(fā)展起步較晚，與全球水平仍有較大差距，目前正在積極布局中。2017年，中國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)全面啟動(dòng)，中央和地方出臺(tái)相關(guān)政策加大對(duì)第三代半導(dǎo)體材料及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用扶持力度。從政策分布來(lái)看，廣東省、江蘇省、上海市、北京市、福建省、湖南省相對(duì)集中，未來(lái)將圍繞這些區(qū)域形成第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集群。北京市和廣東省相繼建立北京第三代半導(dǎo)體材料及應(yīng)用聯(lián)合創(chuàng)新基地和第三代半導(dǎo)體南方基地，著力發(fā)展第三代半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈，未來(lái)將形成全球重要的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集群；經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，中國(guó)第三代半導(dǎo)體主要企業(yè)由中試進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)階段，新建產(chǎn)能主要集中在上海、深圳、湖南、山西等地區(qū)，在這些地區(qū)依托龍頭企業(yè)及當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)將形成產(chǎn)業(yè)集群。浙江、河北、山東、安徽、四川等地已經(jīng)集聚了相對(duì)完整的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，具備建設(shè)產(chǎn)業(yè)集群條件。

圖4.中國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)分布情況（來(lái)源：DeepTech）

第三代半導(dǎo)體典型園區(qū)：

1）北京第三代半導(dǎo)體材料及應(yīng)用聯(lián)合創(chuàng)新基地：北京第三代半導(dǎo)體材料及應(yīng)用聯(lián)合創(chuàng)新基地產(chǎn)業(yè)集聚初見(jiàn)雛形。初步完成SiC全鏈條核心技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)鏈布局，天科合達(dá)、世紀(jì)金光實(shí)現(xiàn)了4英寸以上SiC襯底材料批量生產(chǎn)，泰科天潤(rùn)、世紀(jì)金光在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)SiC二極管批量生產(chǎn)，形成了從材料、器件、封裝到應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈條。GaN射頻方面引入中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司第13研究所，規(guī)劃在基地投資50億元發(fā)展民品微波射頻產(chǎn)業(yè)。

圖5.北京市第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈（來(lái)源：DeepTech）

2）江蘇省蘇州市工業(yè)園區(qū)：蘇州工業(yè)園區(qū)已形成以GaN材料及其應(yīng)用為優(yōu)勢(shì)的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。在GaN材料、中游器件及終端應(yīng)用產(chǎn)品方面形成一定規(guī)模，依托中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所，集聚了如納維科技、蘇州晶湛、蘇州能訊等一批行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)。目前，蘇州工業(yè)園第三代半導(dǎo)體相關(guān)企業(yè)共9家，涵蓋襯底、外延、器件等環(huán)節(jié)。

圖6.蘇州工業(yè)園區(qū)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈（來(lái)源：DeepTech）

第三代半導(dǎo)體材料典型企業(yè)：

1）山東天岳：山東天岳是中國(guó)SiC半絕緣襯底龍頭企業(yè)，也是第三代半導(dǎo)體材料領(lǐng)域第一家上市企業(yè)。截至2021年底，山東天岳SiC襯底產(chǎn)能約為50000片/年，襯底尺寸主要為4英寸。山東天岳在半絕緣型SiC襯底領(lǐng)域國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率第一，主要客戶為中電科13所和55所。2020年，公司招股說(shuō)明書上表示公司市場(chǎng)占有率較上年增12個(gè)百分點(diǎn)，位列世界前三，大大縮小了與國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的差距。山東天岳總部位于山東濟(jì)南，產(chǎn)業(yè)化基地位于上海臨港新片區(qū)，于2020年底開始建設(shè)，總投資25億元。

2）天科合達(dá)：天科合達(dá)公司是中國(guó)SiC導(dǎo)電型襯底龍頭企業(yè)，公司實(shí)現(xiàn)2英寸至6英寸SiC晶片產(chǎn)品的規(guī)?；?yīng)，2020年啟動(dòng)8英寸晶片產(chǎn)品研發(fā)。截至2021年底，公司SiC襯底折合4英寸產(chǎn)能約為50000片/年。天科合達(dá)總部位于北京市大興區(qū)，在北京和江蘇徐州有產(chǎn)業(yè)化基地，2021年在深圳投資22億元建設(shè)6英寸SiC襯底及外延生產(chǎn)線。

3）納維科技：蘇州納維科技有限公司是中國(guó)首家GaN襯底晶片供應(yīng)商，GaN襯底尺寸以2英寸為主，4英寸至6英寸已經(jīng)小批量出貨，技術(shù)水平全球領(lǐng)先。納維科技2英寸GaN襯底產(chǎn)量接近10000片/年，客戶主要為全球研發(fā)型機(jī)構(gòu)，面向激光器、LED、電子器件、探測(cè)器和太赫茲等應(yīng)用。

（四）創(chuàng)新生態(tài)生機(jī)勃勃，助力打造核心競(jìng)爭(zhēng)力

中國(guó)建立了較為完善的第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新體系。與全球同步，中國(guó)科研院所和大學(xué)也相繼開展了第三代半導(dǎo)體材料的研究，主要包括中科院物理所、山東大學(xué)、中科院硅酸鹽所、中科院半導(dǎo)體所以及中國(guó)電子科技集團(tuán)第46研究所等單位，這些科研單位的超前研究成果構(gòu)建了中國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)。隨著全球第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化水平的持續(xù)推進(jìn)，中國(guó)越來(lái)越多的科研單位在細(xì)分領(lǐng)域和主要環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)研究，如清華大學(xué)、北京大學(xué)、浙江大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等單位，這些單位完善了中國(guó)第三代半導(dǎo)體研究體系。為建設(shè)以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研用深度融合的技術(shù)創(chuàng)新體系，全面提升中國(guó)第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力，支撐第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集群式發(fā)展，深圳、蘇州、南京、山西、湖南、北京等國(guó)家級(jí)第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心相繼成立，中國(guó)第三代半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)格局基本形成。

圖7.中國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu)分布圖（來(lái)源：DeepTech）

中國(guó)第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新機(jī)構(gòu)形成以北京、江蘇和廣東三地為核心全國(guó)多點(diǎn)分布的格局。北京市研發(fā)力量全國(guó)最強(qiáng)，不僅有頂級(jí)的科研單位代表，如中科院半導(dǎo)體所、中科院物理所、清華大學(xué)、北京大學(xué)、國(guó)網(wǎng)研究院等，主要企業(yè)如天科合達(dá)、中科鋼研、泰科天潤(rùn)、世紀(jì)金光等也匯聚于此。江蘇省和廣東省緊隨其后，形成了以大學(xué)、科研院所、國(guó)家級(jí)技術(shù)創(chuàng)新中心、省市級(jí)技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)、企業(yè)研發(fā)中心為代表的完善的研發(fā)體系。上海市、山東省、山西省、湖南省、江西省、福建省、安徽省、浙江省等地區(qū)依托大學(xué)、大院、大所以及龍頭企業(yè)正在建設(shè)符合區(qū)域發(fā)展的研究隊(duì)伍。

中國(guó)第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新人才形成以院士為引領(lǐng)，杰青、長(zhǎng)江學(xué)者、國(guó)家高層次人才計(jì)劃、青年學(xué)者等多層次人才梯隊(duì)結(jié)構(gòu)。鄭有炓、甘子釗、王立軍、江風(fēng)益、郝躍、劉明等院士專家構(gòu)成了中國(guó)第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域第一人才梯隊(duì)，在前沿領(lǐng)域進(jìn)行探索研究，為中國(guó)第三代半導(dǎo)體技術(shù)指明了方向。以徐現(xiàn)剛、陳小龍、張榮、王新強(qiáng)、龍世兵等杰青和長(zhǎng)江學(xué)者為代表的專家，以及張清純、嚴(yán)群、張波等國(guó)家計(jì)劃重點(diǎn)人才形成了中國(guó)第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域第二人才梯隊(duì)，在學(xué)科建設(shè)、技術(shù)引領(lǐng)、人才培養(yǎng)方面發(fā)揮重要作用。廣大的青年專家、學(xué)者、企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人等構(gòu)成了中國(guó)第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域第三人才梯隊(duì)，在技術(shù)研究、工程研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)等方面貢獻(xiàn)力量。另外，依托早期半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國(guó)在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域初步積累了人才基礎(chǔ)，三安光電、國(guó)星光電、乾照光電等半導(dǎo)體照明龍頭企業(yè)都為第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的重要參與者。

典型研究機(jī)構(gòu)：

1）電子科技大學(xué)：電子科技大學(xué)國(guó)家示范性微電子學(xué)院依托現(xiàn)有的電子科學(xué)與工程學(xué)院，擁有電子薄膜與集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、電子科技大學(xué)功率集成技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家電磁輻射控制材料工程技術(shù)研究中心、極高頻復(fù)雜系統(tǒng)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室、微波電真空器件國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家集成電路人才培養(yǎng)基地、國(guó)家集成電路設(shè)計(jì)成都產(chǎn)業(yè)化基地研發(fā)培訓(xùn)中心、3個(gè)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、10個(gè)省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及工程中心等實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

學(xué)院開展了SiC JBS、SiC PiN和SiC功率MOSFET（平面和槽柵）研究。650V/1200V（10A/20A）SiC JBS二極管已獲批量應(yīng)用；1200V/25A、1700V/15A SiC MOSFET以及4.5kV/6.5kV/10kV（50A/100A）SiC PiN二極管已經(jīng)流片成功，可以進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣；實(shí)現(xiàn)10kV SiC MOSFET晶體管以及 10kV SiC JBS二極管樣品開發(fā)工作。自研650V GaN HEMT器件，導(dǎo)通電阻 70mΩ，電流40A，達(dá)到國(guó)際商用器件Navitas NV6128芯片技術(shù)水平；自研100V GaN HEMT器件，導(dǎo)通電阻21mΩ，電流45A ，與國(guó)際商用器件EPC 2051器件性能相當(dāng)。

2）松山湖材料實(shí)驗(yàn)室：松山湖材料實(shí)驗(yàn)室第三代半導(dǎo)體材料與器件團(tuán)隊(duì)涵蓋了從上游薄膜材料外延、中游芯片設(shè)計(jì)制備、到下游器件模組封裝等全部產(chǎn)業(yè)鏈研究布局。構(gòu)建外延片生長(zhǎng)及表征系統(tǒng)、紫外LED芯片制備系統(tǒng)、AlN陶瓷基板及封裝應(yīng)用系統(tǒng)與應(yīng)用級(jí)產(chǎn)品測(cè)試開發(fā)系統(tǒng)等四大板塊。2020年松山湖材料實(shí)驗(yàn)室成功建設(shè)了一條SiC外延工藝研發(fā)產(chǎn)線。

表3.中國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu)分布圖（來(lái)源：DeepTech）

（五）中國(guó)第三代半導(dǎo)體材料未來(lái)展望

第三代半導(dǎo)體材料和技術(shù)正在加速發(fā)展，在新一代顯示、5G移動(dòng)通信、相控陣?yán)走_(dá)、高效智能電網(wǎng)、新能源汽車、自動(dòng)駕駛、工業(yè)電源、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域展示出廣闊的、不可替代的應(yīng)用前景，并逐漸成為人工智能、未來(lái)智聯(lián)網(wǎng)等發(fā)展的核心關(guān)鍵元器件的材料基礎(chǔ)。預(yù)計(jì)將形成萬(wàn)億美元的應(yīng)用市場(chǎng)，成為新一代制造業(yè)必爭(zhēng)的戰(zhàn)略要地，成為全球各國(guó)提升未來(lái)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段和重要支撐。

1）更大尺寸晶圓將成為主流，材料質(zhì)量與器件性能不斷提升

生產(chǎn)成本成為推動(dòng)大尺寸晶圓的主要推動(dòng)力，較大的晶圓直徑能提升單晶利用率降低晶圓制造成本，且全球先進(jìn)水平已經(jīng)突破大尺寸晶圓生長(zhǎng)技術(shù)，如wolfspeed即將實(shí)現(xiàn)8英寸SiC晶圓量產(chǎn)，而國(guó)內(nèi)主流尺寸為4英寸，加速實(shí)現(xiàn)6英寸SiC襯底和外延材料的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移成為中國(guó)企業(yè)的必然選擇。不斷開發(fā)新工藝和新技術(shù)，降低材料的缺陷密度、提高產(chǎn)品良率和降低成本，加速突破襯底材料、外延、芯片和封裝測(cè)試瓶頸將成為整個(gè)行業(yè)未來(lái)發(fā)展的主旋律。

2）產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展態(tài)勢(shì)將逐漸形成，企業(yè)兼并重組整合加速

中國(guó)第三代半導(dǎo)體工程化技術(shù)已經(jīng)取得突破，有能力的企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化布局，支持政策完善、配套資源齊全、產(chǎn)業(yè)生態(tài)較好的區(qū)域?qū)⑽髽I(yè)落戶，形成產(chǎn)業(yè)聚集，未來(lái)中國(guó)將圍繞這些區(qū)域形成多個(gè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。另外，企業(yè)間的兼并重組也將加劇，全球主要企業(yè)如Ⅱ-Ⅵ、wolfspeed等已經(jīng)開啟整合模式，中國(guó)優(yōu)勢(shì)企業(yè)為了擴(kuò)大影響力也將通過(guò)兼并重組向上下游延伸；傳統(tǒng)半導(dǎo)體企業(yè)為了尋求新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)以及布局新技術(shù)的需要，也將并購(gòu)具備硬實(shí)力的初創(chuàng)公司；下游應(yīng)用企業(yè)從自身供應(yīng)鏈安全考慮，也將向上游延伸產(chǎn)業(yè)鏈。

3）第三代半導(dǎo)體滲透將加快，新的應(yīng)用藍(lán)海將逐漸開啟

第三代半導(dǎo)體材料在新能源汽車、PV光伏、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、軌道交通、半導(dǎo)體照明、5G射頻等方面應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，隨著第三代半導(dǎo)體量產(chǎn)技術(shù)突破、成本進(jìn)一步降低，滲透率將逐步提高。電力電子器件在新能源汽車上的應(yīng)用、光電子器件在Mini/Micro-LED等新一代顯示產(chǎn)業(yè)及UV-LED方面的應(yīng)用將成為未來(lái)5年新的風(fēng)口。

4）新的材料體系將逐漸成熟

Ga?O?、AlN 和金剛石等超寬禁帶半導(dǎo)體材料具有更高擊穿電壓、更低導(dǎo)通電阻、更高頻率、更大功率的特點(diǎn)，是支撐未來(lái)軌道交通、新能源汽車、能源互聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)的重點(diǎn)核心材料。國(guó)外近幾年對(duì)超寬禁帶半導(dǎo)體愈發(fā)重視，布局和投入顯著增加，中國(guó)也有越來(lái)越多的科技人員關(guān)注和開展對(duì)超寬禁帶半導(dǎo)體的研究，前景為業(yè)界看好，未來(lái)幾年會(huì)逐步推出相關(guān)產(chǎn)品。

三、新型鋰電材料

鋰電材料產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐漸成熟，低成本、高性能、高安全性成為主要發(fā)展方向

（一）鋰離子電池材料：跳躍在汽車電動(dòng)化浪尖的關(guān)鍵新材料

汽車電動(dòng)化浪潮驅(qū)動(dòng)鋰離子電池材料行業(yè)飛躍發(fā)展。不管從國(guó)家政策支持力度還是市場(chǎng)化發(fā)展程度來(lái)看，汽車電動(dòng)化趨勢(shì)已然不可阻擋。在政策支持方面，中國(guó)出臺(tái)了全方位的激勵(lì)政策推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如降低車企準(zhǔn)入門檻、延長(zhǎng)補(bǔ)貼政策期限等系列舉措，基本覆蓋了新能源汽車整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈；在市場(chǎng)化發(fā)展方面，不論是比亞迪、吉利汽車等各大傳統(tǒng)車企，還是蔚來(lái)、小鵬、理想等新勢(shì)力車企都在跑馬圈地。

動(dòng)力電池作為新能源汽車核心零部件之一，需求也隨之猛增。其中鋰離子動(dòng)力電池因具有更高的能量密度和性能，是目前新能源智能汽車上應(yīng)用的主流電池。鋰離子電池是一種可以反復(fù)進(jìn)行充電、放電而使用的高能電池，其充放電功能通過(guò)鋰離子在電池正負(fù)極處中進(jìn)行可逆的嵌入與脫出實(shí)現(xiàn)。鋰離子電池由正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液構(gòu)成，這四種材料被稱為鋰離子電池四大主材。

圖8.鋰離子電池充放電過(guò)程的工作原理（來(lái)源：Howstuffworks）

2021 年中國(guó)新能源汽車占全球市場(chǎng)份額53%，是全球最大的新能源汽車市場(chǎng)，這也助推中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，在材料技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)有所建樹。本章聚焦鋰電材料前沿技術(shù)與中國(guó)鋰電產(chǎn)業(yè)園區(qū)，對(duì)中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)進(jìn)行分析。

（二）磷酸鐵鋰和三元材料優(yōu)勢(shì)各有不同，是目前正極材料市場(chǎng)主流的研究方向。

鋰離子電池通過(guò)電池正負(fù)極處的鋰離子嵌入和脫嵌來(lái)實(shí)現(xiàn)充放電功能，正極材料作為鋰離子的來(lái)源，能夠決定電池的性能，同時(shí)正極材料也是電池材料中規(guī)模最大，產(chǎn)值最高的環(huán)節(jié)，占比電池材料成本的約40-44%。

從分類來(lái)看，目前商用的鋰離子電池正極材料主要分為：錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等。其中，磷酸鐵鋰和三元材料是目前正極材料市場(chǎng)主流的研究方向。

從各材料優(yōu)勢(shì)來(lái)看，三元材料容量領(lǐng)先，磷酸鐵鋰以成本和壽命見(jiàn)長(zhǎng)。由于三元鋰電池在能量密度上占據(jù)優(yōu)勢(shì)，近幾年其在乘用車領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；磷酸鐵鋰以成本與壽命領(lǐng)先，使用磷酸鐵鋰電池車型具備長(zhǎng)壽命、高安全性、高性價(jià)比等優(yōu)勢(shì)。

從市場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看，使用三元材料和磷酸鐵鋰的鋰離子電池支撐起了中國(guó)動(dòng)力電池市場(chǎng)。2020年，中國(guó)動(dòng)力電池裝車量累計(jì)63.6GWh，同比累計(jì)上升2.3%。其中三元電池裝車量累計(jì)38.9GWh，占總裝車量61.1%；磷酸鐵鋰電池裝車量累計(jì)24.4GWh，占總裝車量38.3%。

表4.磷酸鐵鋰與三元材料性能參數(shù)（數(shù)據(jù)來(lái)源：GGII、 CNKI）

（三）三元正極材料：擁有高比容量?jī)?yōu)勢(shì)的高鎳材料已成為市場(chǎng)焦點(diǎn)

20世紀(jì)90年代，以鈷酸鋰為正極材料的鋰離子電池開始商業(yè)化應(yīng)用，為鋰離子電池的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。三元正極材料在鈷酸鋰的層狀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，對(duì)成本、比容量、循環(huán)性能等方面進(jìn)行了優(yōu)化，形成了以鎳鈷錳酸鋰（NCM）和鎳鈷鋁酸鋰（NCA）為主的三元正極材料體系。

隨著市場(chǎng)對(duì)新能源汽車?yán)m(xù)航里程要求的提升，擁有高比容量?jī)?yōu)勢(shì)的高鎳材料成為關(guān)注的焦點(diǎn)。由于鈷元素在地球儲(chǔ)量低，價(jià)格昂貴，因此使用價(jià)格較低的鎳來(lái)降低正極材料中鈷的比例從而控制成本的方法被廣泛認(rèn)可。同時(shí)，研究表明三元材料中的鎳含量越高，比容量越大，在相同條件下對(duì)應(yīng)的電池能量密度越高，這些材料也被稱為高鎳正極材料。常見(jiàn)的高鎳正極材料有鎳鈷錳比例為8:1:1的NCM811以及鎳鈷鋁比例為80:15:5的鎳鈷鋁酸鋰（NCA）。

但鎳含量的提高也增大了正極材料前驅(qū)體的生產(chǎn)難度。尤其是NCA材料前驅(qū)體的生產(chǎn)過(guò)程中，鋁元素的加入使前驅(qū)體的生產(chǎn)難上加難，復(fù)雜的生產(chǎn)工藝限制了高鎳三元材料的普及使用。因此目前在三元正極材料研究方向上，研究人員一方面攻關(guān)生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)難度，提高產(chǎn)品質(zhì)量；另一方面通過(guò)元素?fù)诫s、表面包覆等手段，對(duì)三元材料進(jìn)行改性，優(yōu)化產(chǎn)物的電化學(xué)性能。同時(shí)，三元正極材料也在繼續(xù)向低鈷化、無(wú)鈷化方向發(fā)展，以期提升電池容量，降低成本。

圖9.三元正極材料NCM層狀結(jié)構(gòu)示意圖（來(lái)源：CNKI）

（四）磷酸鐵鋰：低成本、長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)帶來(lái)強(qiáng)大市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力

磷酸鐵鋰性能良好，且原材料價(jià)格較低，制備工藝簡(jiǎn)單，廣受市場(chǎng)認(rèn)可，成為現(xiàn)今動(dòng)力、儲(chǔ)能鋰離子電池領(lǐng)域研究和生產(chǎn)開發(fā)的重點(diǎn)。

與層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰正極材料和三元正極材料不同，磷酸鐵鋰為橄欖石結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)中牢固的P-O共價(jià)鍵在電池完全充電的情況下使氧原子保持穩(wěn)定，避免其被氧化而生成氧氣釋放。這一結(jié)構(gòu)特征使磷酸鐵鋰的安全性高于層狀結(jié)構(gòu)的正極材料，在電池上的體現(xiàn)便是使用磷酸鐵鋰作為正極材料的電池安全性高、使用壽命較長(zhǎng)。

但磷酸鐵鋰材料導(dǎo)電性差，低溫條件下放電性能較差，比容量不及三元正極材料。為了改善磷酸鐵鋰正極材料的性能，研究人員通過(guò)元素?fù)诫s提高磷酸鐵鋰的倍率性能，或是通過(guò)將磷酸鐵鋰顆粒納米化來(lái)改善鋰離子傳輸問(wèn)題；通過(guò)界面包覆手段改善其電子導(dǎo)電性，提升倍率性能等。

盡管磷酸鐵鋰正極材料存在少量不足，但瑕不掩瑜，磷酸鐵鋰將與三元材料形成互補(bǔ)關(guān)系長(zhǎng)期共存。

圖10.磷酸鐵鋰充放電示意圖（來(lái)源：CNKI）

（五）負(fù)極材料：石墨材料主導(dǎo)市場(chǎng)，新型負(fù)極材料具備潛力

在鋰離子電池充放電過(guò)程中，來(lái)自正極材料的鋰離子在負(fù)極材料處進(jìn)行嵌入/脫嵌，負(fù)極材料對(duì)鋰離子電池的性能有重要影響。石墨材料憑借較高的穩(wěn)定性和較低的成本，成為當(dāng)下負(fù)極材料的主流。當(dāng)前商業(yè)化的石墨負(fù)極材料的比容量已經(jīng)接近理論值372mAh/g，因此負(fù)極材料的突破需要在新材料上發(fā)力。

以碳硅復(fù)合材料為代表的硅基負(fù)極材料具有明顯的比容量?jī)?yōu)勢(shì)（理論比容量可達(dá)900mAh/g）。同時(shí)硅基負(fù)極材料具備原材料成本低等優(yōu)點(diǎn)，是目前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界正在探索的新型負(fù)極材料。然而以目前的研究和實(shí)踐來(lái)看，硅的結(jié)構(gòu)單元在充放電過(guò)程中伴隨著300%的體積膨脹和收縮，反復(fù)的體積變化易導(dǎo)致含硅負(fù)極材料顆粒產(chǎn)生裂紋并粉化，產(chǎn)生一系列嚴(yán)重問(wèn)題，阻礙了硅基負(fù)極材料的廣泛應(yīng)用。

鋰金屬負(fù)極材料由于其高達(dá)3860mAh/g 的理論容量和最低的還原電位（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氫電極-3.040V）而被視作鋰電池負(fù)極材料的最終選擇。但同時(shí)鋰金屬負(fù)極材料的缺點(diǎn)也十分明顯，不可控的鋰枝晶生長(zhǎng)和不穩(wěn)定的表面 SEI 膜等問(wèn)題亟待解決。目前的研究方向以選擇尋找適合的載體結(jié)合和金屬鋰表面人工保護(hù)層設(shè)計(jì)兩方面為主。

圖11.使用復(fù)合固態(tài)電解質(zhì) SCE 抑制鋰金屬負(fù)極材料鋰枝晶生成的案例

（六）電解液材料：新型材料成本過(guò)高，固態(tài)電解質(zhì)另辟蹊徑

電解液是鋰電池關(guān)鍵材料之一，由鋰鹽、溶劑和添加劑按一定比例配制而成，是鋰離子電池中鋰離子傳輸?shù)妮d體，在正負(fù)極之間起到傳導(dǎo)鋰離子的作用。相比于其他電解質(zhì)，六氟磷酸鋰在常用有機(jī)溶劑中具備適中的離子遷移數(shù)和解離常數(shù)，與多種正負(fù)極材料相容性較好，同時(shí)工藝成熟，成本較低，是目前主流的溶質(zhì)鋰鹽。

雙氟磺酰亞鋰鹽等高性能新型鋰鹽廣受關(guān)注。隨著正極材料性能的不斷提升，鋰離子電池對(duì)電解液的要求也日益增高，雙氟磺酰亞鋰鹽等具備高性能的新型材料成為了鋰鹽的新選擇，但目前生產(chǎn)技術(shù)難度大導(dǎo)致其成本居高不下，目前尚未直接用作溶質(zhì)鋰鹽，而只能作為電解液添加劑來(lái)提升電解液性能。

以安全見(jiàn)長(zhǎng)的固態(tài)電解質(zhì)是新型解決方案。傳統(tǒng)電解液由于使用有機(jī)碳酸酯類作為溶劑，具有高活性、易燃燒等問(wèn)題，在充電過(guò)充、過(guò)熱和短路時(shí)易發(fā)生自燃和爆炸。

隨著市場(chǎng)對(duì)電池安全的需求日益增長(zhǎng)，具備不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)特性的固態(tài)電解質(zhì)成為新型解決方案，可為鋰離子電池帶來(lái)更多的可能性。但目前固態(tài)電池技術(shù)尚不成熟，現(xiàn)有材料存在著離子電導(dǎo)率低、界面阻抗大、快充難度大和價(jià)格昂貴等問(wèn)題。固態(tài)電解質(zhì)材料技術(shù)成熟后，將為鋰離子電池材料體系帶來(lái)變革。

圖12.使用硫銀鍺礦型固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖

（七）隔膜材料：聚烯烴隔膜工藝成熟，新材料性能優(yōu)越成本高昂

聚烯烴隔膜材料成本較低、工藝成熟，是市場(chǎng)上主流的隔膜材料。隔膜在鋰電池中的功能主要是提供鋰離子傳輸通道，防止電池內(nèi)部短路，對(duì)鋰電池的安全與性能有關(guān)鍵作用。目前隔膜的基膜材料以聚烯烴為主，代表材料為PP（聚丙烯）和PE（聚乙烯）。聚烯烴隔膜以其高強(qiáng)度、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和低價(jià)格占據(jù)著目前3C電池的主要市場(chǎng)，但同時(shí)也存在著孔隙率低，電解液潤(rùn)濕性差、高溫?zé)崾湛s等問(wèn)題，通常生產(chǎn)中在聚烯烴隔膜的一面或兩面涂覆納米氧化物和PVDF對(duì)其進(jìn)行改性進(jìn)行改良。

陶瓷涂覆隔膜成本較高，離子導(dǎo)體涂覆隔膜、無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合涂覆隔膜尚處在研發(fā)階段。陶瓷涂覆隔膜指通過(guò)在聚烯烴隔膜單面或雙面涂覆Al?O?、SiO?、勃姆石等無(wú)機(jī)陶瓷材料，大幅提升聚烯烴隔膜的高溫尺寸穩(wěn)定性，在一定程度上可以主動(dòng)防御鋰離子電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生，更適合用于大容量鋰離子動(dòng)力電池的制造和使用，但目前高昂的成本限制了陶瓷覆膜隔膜的廣泛使用。在聚烯烴隔膜表涂覆無(wú)機(jī)納米粒子和有機(jī)聚合物混合漿料，經(jīng)過(guò)固化后可得無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合涂覆隔膜。該種隔膜同時(shí)具備有機(jī)聚合物的柔性和無(wú)機(jī)材料的耐熱性，熔化溫度和斷裂伸長(zhǎng)率在升高的溫度下提升明顯，可以顯著改善鋰離子電池的安全性，但目前該技術(shù)還停留在研發(fā)階段。

圖13.150℃ 下加熱 0.5 小時(shí)后涂覆陶瓷材料的 PE 隔膜（右）和未涂覆隔膜（左）對(duì)比

（八）中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)力：下游市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，政策提供多元化支持

鋰電材料是在新材料領(lǐng)域中少有的中國(guó)企業(yè)能夠掌握全球話語(yǔ)權(quán)的領(lǐng)域之一。中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速一方面得益于下游市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大，另一方面也得益于國(guó)家政策的支持。

旺盛的下游需求刺激了中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)的迅速增長(zhǎng)。新能源汽車作為鋰離子電池的主要用戶近年來(lái)增長(zhǎng)迅速。2020年中國(guó)新能源汽車銷售額占全球新能源汽車銷售額的40.7%，僅比歐洲少3.1個(gè)百分點(diǎn)。而在銷量方面，2021年中國(guó)新能源汽車銷量352.1萬(wàn)輛，連續(xù)七年銷量位居全球第一。

圖14.2015-2021年中國(guó)新能源汽車銷量（來(lái)源：中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局）

在政策的支持下，中國(guó)鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。鋰電材料產(chǎn)業(yè)是中國(guó)新能源汽車發(fā)展的關(guān)鍵，中國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得到了政府政策的大力支持，在十幾年間各部委出臺(tái)了一系列多元化鼓勵(lì)鋰電材料產(chǎn)業(yè)的政策。

《國(guó)家“十四五”規(guī)劃綱要》中提到，突破新能源汽車高安全動(dòng)力電池、高效驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高性能動(dòng)力系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，并在《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2021 年版）》中，將三元材料及前驅(qū)體作為重點(diǎn)材料公示。

表5.支持鋰電材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展部分政策（來(lái)源：DeepTech）v

在下游新能源汽車蓬勃發(fā)展、產(chǎn)業(yè)政策大力支持的背景下，中國(guó)鋰電材料技術(shù)開始迅速發(fā)展，在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了國(guó)外技術(shù)壁壘的突破。在技術(shù)迅速發(fā)展的同時(shí)，鋰電材料產(chǎn)業(yè)也突飛猛進(jìn)，在鋰電材料領(lǐng)域進(jìn)行布局的產(chǎn)業(yè)園區(qū)在中國(guó)各地涌現(xiàn)，培育出了一系列擁有資源優(yōu)勢(shì)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)、規(guī)模優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)業(yè)集群。

（九）中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)聚集態(tài)勢(shì)

中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)在下游市場(chǎng)和政策的雙重助力下得到了蓬勃的發(fā)展，鋰電材料相關(guān)企業(yè)和產(chǎn)業(yè)園區(qū)大量涌現(xiàn)，逐漸產(chǎn)生了聚集態(tài)勢(shì)。

圖15.中國(guó)鋰電材料部分企業(yè)與產(chǎn)業(yè)園區(qū)（來(lái)源：DeepTech）

（十）鋰電材料產(chǎn)業(yè)園區(qū)：礦產(chǎn)資源導(dǎo)向布局，完整產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生虹吸效應(yīng)

鋰礦資源是中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)園發(fā)展的重要因素，在鋰電材料產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)上產(chǎn)業(yè)園區(qū)通過(guò)補(bǔ)鏈、強(qiáng)鏈、延鏈逐步擴(kuò)大在新能源產(chǎn)業(yè)的覆蓋正極材料作為鋰電池材料的核心，正極材料產(chǎn)業(yè)能夠吸引鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈上的其他產(chǎn)業(yè)聚集，形成產(chǎn)業(yè)園區(qū)。鋰礦作為正極材料的關(guān)鍵原材料，鋰礦的位置很大程度上決定了鋰電材料產(chǎn)業(yè)園區(qū)聚集的位置。中國(guó)在鋰電材料領(lǐng)域進(jìn)行布局的產(chǎn)業(yè)園區(qū)分布具有明顯的地域特征，大多聚集在四川、江西、湖南等地，這與中國(guó)的鋰礦資源分布情況基本吻合。本章挑選各地在鋰電材料領(lǐng)域進(jìn)行布局的典型園區(qū)進(jìn)行分析：

1）四川省：射洪縣鋰電產(chǎn)業(yè)園

據(jù)自然資源部統(tǒng)計(jì)，四川省硬巖石鋰礦占全國(guó)鋰礦石資源的57%。豐富的鋰礦資源為四川省帶來(lái)了鋰電正極材料發(fā)展的區(qū)位優(yōu)勢(shì)。射洪縣鋰電產(chǎn)業(yè)園啟動(dòng)于2010年的四川省遂寧市，依托鋰礦石資源，發(fā)展鋰離子電池正極材料產(chǎn)業(yè)，并以此為基礎(chǔ)，橫向上向負(fù)極材料、隔膜和電解液進(jìn)行布局，縱向上向下游電芯制造、新能源汽車和鋰電材料回收領(lǐng)域擴(kuò)展，逐步建立全產(chǎn)業(yè)鏈。射洪鋰電產(chǎn)業(yè)園將配合遂寧市蓬溪先進(jìn)材料產(chǎn)業(yè)園和安居鋰電產(chǎn)業(yè)園，形成良好的鋰電產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)。

2）江西省：宜春國(guó)家鋰電新能源高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地

江西省鋰礦以鋰云母為主，主要集中在宜春，這賦予了宜春鋰電正極材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的區(qū)位優(yōu)勢(shì)。在礦產(chǎn)資源支持下，宜春從鋰電正極材料產(chǎn)業(yè)出發(fā)，橫向上在負(fù)極材料、隔膜等鋰電材料產(chǎn)業(yè)布局，擴(kuò)展鋰電材料種類。宜春也是江西省機(jī)電生產(chǎn)基地，有較強(qiáng)的機(jī)械加工配套能力和生產(chǎn)特種汽車、工程機(jī)械的基礎(chǔ)。宜春在鋰電材料的基礎(chǔ)上，向產(chǎn)業(yè)鏈下游的鋰電池制造和新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，打造新能源全產(chǎn)業(yè)鏈。

完善的產(chǎn)業(yè)鏈條同樣對(duì)鋰電材料企業(yè)有巨大的吸引力。鋰電材料產(chǎn)業(yè)位于鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈上游，除礦產(chǎn)資源外，能否高效地與下游產(chǎn)業(yè)配合對(duì)鋰電材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展同樣影響重大。

中國(guó)有部分產(chǎn)業(yè)園區(qū)在當(dāng)?shù)氐V產(chǎn)資源并不十分豐富的背景下，由于布局較早，產(chǎn)業(yè)鏈條和園區(qū)服務(wù)支撐體系相對(duì)完善，對(duì)鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈頭部企業(yè)產(chǎn)生了強(qiáng)大的吸引力，形成優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)鏈。本章取產(chǎn)業(yè)鏈完善的典型園區(qū)進(jìn)行分析。

1）湖南?。簩庎l(xiāng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)

寧鄉(xiāng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)成立于2006年，當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)以機(jī)械制造、紡織服裝等傳統(tǒng)行業(yè)為主。在鋰電池產(chǎn)業(yè)的布局是從2007年引入從事鋰電池回收和三元前驅(qū)體的邦普鎳鈷技術(shù)有限公司開始，在十幾年的發(fā)展期間各類正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液、前驅(qū)體、廢舊電池回收企業(yè)陸續(xù)進(jìn)駐，自上游到下游形成了完整產(chǎn)業(yè)鏈。

在產(chǎn)業(yè)鏈完整的同時(shí)，多年的發(fā)展使園區(qū)中涌現(xiàn)了可觀的頭部企業(yè)，在正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液、前驅(qū)體等領(lǐng)域產(chǎn)生了規(guī)模優(yōu)勢(shì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并在此基礎(chǔ)上開始布局技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，圍繞鋰離子電池新型電極材料、全固態(tài)電解質(zhì)、燃料電池、新型電池體系設(shè)計(jì)和先進(jìn)電池表征等領(lǐng)域的前沿科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行突破。

（十一）正極材料進(jìn)入門檻較低，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，集中度較分散

目前正極材料市場(chǎng)集中度較低。由于正極材料在鋰電池中的成本占比較高，是鋰電四大材料中市場(chǎng)空間最大的品種。正極材料的低端產(chǎn)品工藝成熟，因此中國(guó)正極材料行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，上游鋰、鈷企業(yè)和下游電池企業(yè)等新進(jìn)入者對(duì)正極材料產(chǎn)業(yè)進(jìn)行布局，整體來(lái)看行業(yè)集中度較低。

其中，磷酸鐵鋰材料市場(chǎng)集中度高于三元材料。由于磷酸鐵鋰曾經(jīng)歷供給過(guò)剩導(dǎo)致的價(jià)格下跌，經(jīng)過(guò)行業(yè)洗牌，行業(yè)內(nèi)企業(yè)數(shù)量較少，頭部企業(yè)在技術(shù)、規(guī)模、成本和客戶黏性上優(yōu)勢(shì)明顯。

隨著下游對(duì)正極材料性能要求越來(lái)越高，隨著高鎳無(wú)鈷化趨勢(shì)的到來(lái)以及頭部企業(yè)的高性能產(chǎn)品逐步成熟，三元正極材料的競(jìng)爭(zhēng)格局正在逐步分化，高低端產(chǎn)能的產(chǎn)能利用率差距逐步拉開。

圖16.磷酸鐵鋰和三元材料部分企業(yè)圖譜（來(lái)源:DeepTech）

（十二）負(fù)極材料以人造石墨為主流，行業(yè)集中度較高

目前負(fù)極材料出貨產(chǎn)品以石墨化碳材料為主，包括人造石墨和天然石墨。盡管人造石墨成本較天然石墨更高，但其憑借著優(yōu)異的性能、與正極材料和電解液更好的適配性在動(dòng)力電池中占據(jù)主流，據(jù)高工鋰電統(tǒng)計(jì)，2020年人造石墨市場(chǎng)占比達(dá)到84%。

目前中國(guó)的負(fù)極材料行業(yè)集中度較高，行業(yè)呈現(xiàn)寡頭壟斷態(tài)勢(shì)，據(jù)高工鋰電統(tǒng)計(jì)，2020年天然石墨CR5約為84%，人造石墨CR5約為80%。

頭部企業(yè)受產(chǎn)能限制，加速負(fù)極材料一體化產(chǎn)能布局。2021年，隨著新能源汽車市場(chǎng)需求呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，負(fù)極材料下游市場(chǎng)需求持續(xù)旺盛，但受地方政府控能耗、限電等因素限制，負(fù)極材料產(chǎn)量提升速度低于市場(chǎng)需求增速。在負(fù)極材料供不應(yīng)求的背景下，中國(guó)頭部負(fù)極材料企業(yè)開始加速在江西、四川、內(nèi)蒙等地加速負(fù)極材料產(chǎn)能建設(shè)、建立負(fù)極材料一體化生產(chǎn)基地。中國(guó)各大頭部企業(yè)在發(fā)展產(chǎn)能的同時(shí)，在新產(chǎn)品、新工藝方面持續(xù)向低成本、高性能的方向推進(jìn)，并在納米硅碳、硬碳、軟碳、鋰金屬負(fù)極等新興技術(shù)路線方向上進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。

圖17.中國(guó)鋰電負(fù)極材料行業(yè)部分企業(yè)圖譜（來(lái)源：DeepTech）

（十三）中國(guó)鋰電材料研究體系逐漸成熟

研究機(jī)構(gòu)和人才是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支撐。在中科院物理所陳立泉院士的帶領(lǐng)下，中國(guó)學(xué)者們對(duì)鋰離子電池材料的研究已持續(xù)四十余載，研究機(jī)構(gòu)和人才已經(jīng)形成了較為成熟的研究生態(tài)。以中科院物理所、中科院化學(xué)所為代表的研究機(jī)構(gòu)為中國(guó)鋰電材料技術(shù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)；南開大學(xué)、清華大學(xué)、中南大學(xué)等高校在細(xì)分領(lǐng)域發(fā)力；射洪鋰電研究院等研究機(jī)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)園區(qū)緊密配合，提升產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力。中國(guó)建立起了具備多層次結(jié)構(gòu)的研究機(jī)構(gòu)和人才的研究體系。

圖18.部分中國(guó)鋰電材料研究機(jī)構(gòu)（來(lái)源：DeepTech）

表6.中國(guó)鋰電材料部分人才（來(lái)源:DeepTech）

（十四）中國(guó)鋰電材料技術(shù)展望：鋰電材料將持續(xù)向低成本、高性能、高安全性的方向發(fā)展

1）鋰電材料將持續(xù)向低成本、高性能、高安全性的方向發(fā)展。

在過(guò)去的十幾年中，中國(guó)的鋰電材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，多種材料產(chǎn)業(yè)從無(wú)到有，從弱到強(qiáng)，從進(jìn)口依賴到國(guó)產(chǎn)替代，直到現(xiàn)在大部分材料技術(shù)和產(chǎn)能均能與國(guó)際同行相匹敵，占據(jù)了全球鋰電材料產(chǎn)業(yè)的半壁江山。隨著中國(guó)“碳中和”“碳達(dá)峰”政策的持續(xù)推進(jìn)，新能源汽車再次被推上風(fēng)口浪尖，鋰電材料也隨之進(jìn)入了新的發(fā)展階段。

2）在技術(shù)層面，正極材料的三元材料更具潛力，低鈷、無(wú)鈷化是方向。

作為鋰離子電池性能關(guān)鍵材料，正極材料以高比容量、長(zhǎng)壽命、高安全性、低成本為發(fā)展方向。在富鋰錳基材料等新一代正極材料取得突破前，磷酸鐵鋰和三元材料將并駕齊驅(qū)。三元材料在比容量方面更具潛力，是近期正極材料產(chǎn)業(yè)發(fā)力的方向，其技術(shù)革新將帶來(lái)更多可能。

3）負(fù)極材料中石墨材料將長(zhǎng)期主導(dǎo)，新型材料尚需突破。

石墨材料憑借成本優(yōu)勢(shì)還將長(zhǎng)期主導(dǎo)市場(chǎng)，硅基材料、金屬鋰材料尚不成熟，需要負(fù)極材料本身或配套電解液材料的技術(shù)突破才能真正邁向市場(chǎng)。

4）在電解液材料上，固態(tài)電解質(zhì)是發(fā)展趨勢(shì)。

作為鋰離子電池安全性的基礎(chǔ)，未來(lái)的發(fā)展方向在于更穩(wěn)定、不易燃的基礎(chǔ)上盡可能追求高性能。在這樣的要求下，固態(tài)電解質(zhì)是非常理想的發(fā)展方向。

5）在隔膜材料上，涂層技術(shù)的發(fā)展將帶來(lái)更安全的電池、更高比容量的電池材料體系。

隔膜除了在電池全生命周期阻隔正、負(fù)極實(shí)現(xiàn)被動(dòng)安全機(jī)制外，更需要針對(duì)高比容量正負(fù)極材料、高電壓正極材料等新型材料體系以及快充、極端溫度等工況場(chǎng)景發(fā)展具有溫度響應(yīng)、電壓響應(yīng)等主動(dòng)安全策略，提高電池性能的新型功能隔膜。

（十五）中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)未來(lái)展望：鋰電材料產(chǎn)業(yè)鏈完備，在政策的引導(dǎo)下具有無(wú)限可能

1）產(chǎn)業(yè)層面上，中國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈完備，具備一定規(guī)模優(yōu)勢(shì)。

中國(guó)是全球率先推廣新能源汽車的國(guó)家之一，早在2012年就已開始在政策方面對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)行扶持，拉動(dòng)了鋰電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著需求市場(chǎng)的迅速發(fā)展，中國(guó)鋰電材料產(chǎn)業(yè)迎來(lái)爆發(fā)性增長(zhǎng)，在各個(gè)領(lǐng)域誕生了全球領(lǐng)先的龍頭企業(yè)。

2）雙碳政策持續(xù)推進(jìn)，鋰電材料前景可期。

2020年中國(guó)提出“雙碳”目標(biāo)，并在2021年全方位落地，中國(guó)“涉碳”產(chǎn)業(yè)開始降碳轉(zhuǎn)型，交通行業(yè)首當(dāng)其沖，新能源汽車再一次登上風(fēng)口浪尖。在氫燃料電池汽車技術(shù)尚不成熟的現(xiàn)在，鋰電池將依然在新能源汽車領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，鋰電材料產(chǎn)業(yè)依然前景廣闊。

3）礦產(chǎn)資源受限，可能帶來(lái)發(fā)展瓶頸。

以鋰鈷鎳為代表的礦產(chǎn)資源是鋰電池材料的重要上游材料，其資源集中度較高，在全球呈寡頭壟斷特征。以鋰資源為例，中國(guó)鋰資源以鹽湖為主，開發(fā)難度較大，成本較高，而鋰礦石資源并不豐富，因此中國(guó)鋰資源依賴進(jìn)口，緊張的國(guó)際局勢(shì)也可能帶來(lái)供需矛盾。

四、氫能材料

新興清潔能源載體——?dú)淠懿牧?，突破氫能關(guān)鍵材料瓶頸是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵

（一）氫能突破的關(guān)鍵——儲(chǔ)氫材料與氫燃料電池材料

氫能是能源變革的重要一環(huán)。伴隨著人類能源需求的快速增長(zhǎng)，地球化石燃料的儲(chǔ)量迅速下降，隨之而來(lái)的還有二氧化碳等溫室氣體推動(dòng)的全球暖化、海洋酸化等問(wèn)題。人類迫切需要一場(chǎng)清潔、低碳、安全、高效的能源變革?？稍偕茉慈缣?yáng)能、風(fēng)能、水電等受其固有的間歇性、波動(dòng)性限制，缺乏高效儲(chǔ)能手段導(dǎo)致大量能源浪費(fèi)。氫能作為一種潔凈的二次能源載體，可以由可再生能源高效轉(zhuǎn)化得到，且具備替代化石能源的潛能，是實(shí)現(xiàn)從化石能源到可再生能源的可持續(xù)循環(huán)中的關(guān)鍵一環(huán)。

圖 19.來(lái)自可再生能源的“綠氫”氫能產(chǎn)業(yè)鏈（來(lái)源：DeepTech）

儲(chǔ)氫技術(shù)和氫燃料電池技術(shù)是限制氫能普及使用的瓶頸。氫能產(chǎn)業(yè)鏈由制氫、氫氣儲(chǔ)運(yùn)和氫氣利用三部分組成。由于氫氣儲(chǔ)運(yùn)較為困難，氫氣儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)限制了氫能的大規(guī)模普及使用，高性能的儲(chǔ)氫材料將為氫能發(fā)展帶來(lái)革命性突破。在氫能利用環(huán)節(jié)，目前氫氣主要在工業(yè)生產(chǎn)中使用，尚不成熟的氫燃料電池技術(shù)限制了氫能的廣泛使用，而低成本高性能的氫燃料電池電堆則是行業(yè)突破的關(guān)鍵。

（二）儲(chǔ)氫材料：氫能利用的第一道門檻

氫氣具有密度小、液化困難等特點(diǎn)，再加上氫脆現(xiàn)象的發(fā)生，氫氣的儲(chǔ)存對(duì)材料要求很高，這也是氫能利用的瓶頸。氫在常溫下為氣體，密度僅為0.0899g/L ，常壓下需要-252.7℃才會(huì)以液態(tài)形式存在，這些因素導(dǎo)致氫氣的運(yùn)輸效率低下。氫氣分子半徑極小，導(dǎo)致氫氣在高壓下可以穿過(guò)微孔從容器中溢出或與金屬容器反應(yīng)，使材料強(qiáng)度降低而導(dǎo)致開裂，即氫脆現(xiàn)象。在氫能需求日益增長(zhǎng)的背景下，探索新材料來(lái)實(shí)現(xiàn)氫氣的安全、高效的存儲(chǔ)方式成為了研究的焦點(diǎn)。本章在此對(duì)其中關(guān)鍵材料的現(xiàn)狀和前沿領(lǐng)域進(jìn)行逐一分析。

1）高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)：碳纖維材料成為主流

高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫指在氫氣臨界溫度以上通過(guò)高壓壓縮的方式儲(chǔ)存氣態(tài)氫，其儲(chǔ)存方式是將氫氣壓縮到一個(gè)耐高壓的容器中。高壓儲(chǔ)氫容器所用材料的要求是安全、可靠、成本可控且材料本身不于氫氣發(fā)生任何強(qiáng)相互作用或反應(yīng)。目前的熱點(diǎn)方向是通過(guò)使用復(fù)合纖維材料纏繞氣瓶，從而增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增大工作壓力。玻璃纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、碳纖維等均被用于制造纖維復(fù)合材料纏繞氣瓶，其中碳纖維以其突出的綜合性能逐漸成為主流纖維原料。

2）液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)：有機(jī)液體儲(chǔ)氫材料極具潛力

液態(tài)儲(chǔ)氫包含低溫液態(tài)儲(chǔ)氫和有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫兩種方式。低溫液態(tài)儲(chǔ)氫是將氫氣在低溫下液化，然后儲(chǔ)存在低溫絕熱真空容器中，液氫不易制取，且由于液氫沸點(diǎn)低，一旦發(fā)生泄漏可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，因此低溫液氫存儲(chǔ)對(duì)儲(chǔ)存設(shè)施的要求很高。

有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫是利用一些有機(jī)液體化合物通過(guò)加氫反應(yīng)將青提固定，形成分子內(nèi)結(jié)合有氫的液態(tài)化合物以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫的功能。有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫可以在常溫和常壓下以液態(tài)形式將氫氣進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸，到使用地點(diǎn)后在催化劑作用下通過(guò)脫氫反應(yīng)獲取氫氣。

有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫過(guò)程安全高效，且對(duì)儲(chǔ)存材料和工藝要求都不高，盡管該技術(shù)仍存在能耗高、技術(shù)復(fù)雜等問(wèn)題待解決，仍然擁有可觀的發(fā)展?jié)摿Α?/p>3）固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)：將為燃料電池汽車帶來(lái)革命的儲(chǔ)氫方式

固態(tài)儲(chǔ)氫法是一種新型儲(chǔ)氫方法，利用鈦、鎂、鋯、鈮等金屬及其合金吸收氫氣形成穩(wěn)定氫化物的特性，將氫氣以固態(tài)的形式進(jìn)行存儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)姆绞?。固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)具備儲(chǔ)氫密度大、安全性好、能耗低、釋放的氫氣純度高等優(yōu)點(diǎn)，是燃料電池汽車?yán)硐氲膬?chǔ)氫方式。但由于該項(xiàng)技術(shù)還尚不成熟，存在著充放氫效率低、金屬易粉化等問(wèn)題，目前還無(wú)法大量應(yīng)用，技術(shù)突破需要性能更加優(yōu)秀的固態(tài)儲(chǔ)氫材料。

圖20.多種儲(chǔ)氫技術(shù)目前的挑戰(zhàn)及機(jī)遇（來(lái)源：DeepTech）

（三）氫燃料電池材料：從氫能到電能關(guān)鍵樞紐

氫燃料電池指氫質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC），是將氫氣和氧氣反應(yīng)釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。PEMFC 不受卡諾循環(huán)限制的，因此具備高能量轉(zhuǎn)化效率的特征。氫燃料電池的基本單元由膜電極組件（MEA, Membrane Electrode Assembly）和雙極板組成，其中膜電極組件通常包含質(zhì)子交換膜、催化劑層和氣體擴(kuò)散層等部分。

圖21.2020 年中國(guó)與世界 PEMFC 技術(shù)水平對(duì)比雷達(dá)圖（來(lái)源：《質(zhì)子交換膜燃料電池研究進(jìn)展》）

1）質(zhì)子交換膜：全氟磺酸質(zhì)子交換膜穩(wěn)占主流，高溫膜、復(fù)合膜、堿性膜為未來(lái)發(fā)展方向

質(zhì)子交換膜處在 MEA 最中心的位置，功能是在反應(yīng)時(shí)讓陽(yáng)極失去電子的氫離子（質(zhì)子）透過(guò)到達(dá)陰極，但阻止電子、氫分子、水分子通過(guò)。質(zhì)子交換膜對(duì)材料要求很高：需要高質(zhì)子交換律、低電子導(dǎo)電率和氣體滲透率、穩(wěn)定的化學(xué)和電化學(xué)性能、優(yōu)良的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。研究認(rèn)為全氟磺酸質(zhì)子交換膜基本滿足質(zhì)子交換膜的需求，是質(zhì)子交換膜材料的主流。為了提高質(zhì)子交換膜性能，世界主要研究機(jī)構(gòu)在質(zhì)子交換膜領(lǐng)域以高溫膜、通過(guò)對(duì)全氟性磺酸膜進(jìn)行工藝加工改性以提高其高溫性能的復(fù)合膜、能夠在堿性環(huán)境下工作，可以放寬催化劑選擇范圍的堿性膜為主要研究方向。

? 催化劑材料：從貴金屬電催化劑向低成本催化劑發(fā)展

催化劑的性能決定著氫燃料電池的整體性能。催化劑層是氫氣燃料電池中氫氣和氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流的場(chǎng)所，是燃料電池的關(guān)鍵材料之一。催化劑可以顯著降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，改變化學(xué)反應(yīng)速度。催化劑位于質(zhì)子交換膜的兩側(cè)，決定了氫、氧在電極上的氧化還原反應(yīng)的速度，即決定了氫燃料電池的整體性能。

超低鉑或無(wú)鉑催化劑是未來(lái)研究的重點(diǎn)。催化劑材料的要求包括高催化效率、高活性和高穩(wěn)定性。貴金屬(Pt)是催化 HOR 和 ORR 性能最高的材料，且滿足作為電極催化材料的其他要求，因此含鉑催化劑成為了目前主要的商用催化劑。但鉑價(jià)格昂貴、儲(chǔ)量有限且易中毒，這些缺點(diǎn)導(dǎo)致了催化劑的成本、效率和穩(wěn)定性難以滿足大規(guī)模商業(yè)化需要。為了降低催化劑中的鉑含量，目前的主要研究方向包括改進(jìn)催化劑的微觀結(jié)構(gòu)、開發(fā)鉑高度分散的新型碳載體、開發(fā)鈣鈦礦族作為催化劑等。

? 雙極板材料：石墨材料為主流，制造工藝向模壓法聚焦；金屬和復(fù)合材料有較大

發(fā)展空間

雙極板是氫燃料電池的重要組成部分，主要功能是連接單體模塊、分隔反應(yīng)氣體、收集電流、散熱和排水等。為實(shí)現(xiàn)以上功能，雙極板對(duì)材料的強(qiáng)度、致密性、耐蝕性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性有較高的要求。目前雙極板材料以石墨板、金屬板和復(fù)合材料板為主。石墨雙極板最為成熟且已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，制備工藝方面正在從機(jī)加工法向成本更低的模壓法方向發(fā)展。

金屬雙極板的力學(xué)性能和導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)異，但由于金屬雙極板表面易被腐蝕，導(dǎo)致使用壽命較短，需要進(jìn)行表面鍍膜、涂層處理。復(fù)合雙極板采用樹脂混合石墨粉和增強(qiáng)纖維等材料制成，兼具石墨板和金屬板的優(yōu)點(diǎn)，重量輕且抗腐蝕，但其加工繁瑣，成本有待降低。

（四）氫能材料產(chǎn)業(yè)：四大集聚區(qū)逐步成型

在政策的引導(dǎo)下，中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)園區(qū)發(fā)展迅速，各地區(qū)因地制宜，在氫能材料領(lǐng)域進(jìn)行布局，逐漸形成了長(zhǎng)三角、珠三角、環(huán)渤海和川渝鄂四大集聚區(qū)。

圖22.中國(guó)四大氫能產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)（來(lái)源：DeepTech）

氫能源鼓勵(lì)政策高密度出臺(tái)，頂層規(guī)劃持續(xù)推進(jìn)。隨著全球能源低碳化轉(zhuǎn)型需求逐漸迫切，各國(guó)政府先后出臺(tái)政策鼓勵(lì)本國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。中國(guó)政府于2019年將氫能列入了清潔能源產(chǎn)業(yè)，并持續(xù)推出鼓勵(lì)政策，加速中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2022年3月23日，國(guó)家發(fā)改委推出《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035）》，為中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展制定了頂層規(guī)劃。

表7.支持鋰電材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展部分政策（來(lái)源：DeepTech）

四大氫能產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)逐步成型，氫能產(chǎn)業(yè)鏈逐步完整。氫能產(chǎn)業(yè)鏈涉及制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加氫、氫燃料電池及配件、終端應(yīng)用等諸多環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)，涉及的企業(yè)、產(chǎn)品較多，技術(shù)密集，因此設(shè)立能夠集中多種氫能相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)園可以有效推進(jìn)中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著各省市產(chǎn)業(yè)園區(qū)的不斷建設(shè)，截至2020年，中國(guó)已有氫能產(chǎn)業(yè)園約30個(gè)，并形成了長(zhǎng)三角、珠三角、環(huán)渤海、川渝鄂四個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，儲(chǔ)氫材料、氫燃料電池關(guān)鍵材料等氫能相關(guān)材料企業(yè)大多在此集中。本章選取若干在氫能相關(guān)材料進(jìn)行布局的典型產(chǎn)業(yè)園區(qū)，從園區(qū)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力角度進(jìn)行分析。

氫能具有清潔、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的特征，在中國(guó)“碳中和、碳達(dá)峰”政策背景下，氫能的發(fā)展對(duì)當(dāng)?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu)調(diào)整有巨大貢獻(xiàn)。能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要是促進(jìn)氫能及相關(guān)材料產(chǎn)業(yè)園區(qū)發(fā)展的重要因素。

1）上海市：嘉定氫能港

嘉定區(qū)作為上海汽車工業(yè)重鎮(zhèn)，選擇了交通領(lǐng)域作為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)力點(diǎn)，在氫燃料電池及氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)行積極布局。

長(zhǎng)三角是中國(guó)能源使用的主要地區(qū)之一，盡管西氣東輸、西電東送等國(guó)家能源工程源源不斷地為長(zhǎng)三角輸送清潔能源，但相對(duì)于經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和國(guó)家給長(zhǎng)三角的發(fā)展任務(wù)來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)三角地區(qū)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)仍然依靠大量的能源消耗，表明長(zhǎng)三角地區(qū)長(zhǎng)期存在能源供給的短板和缺口。同時(shí)，“雙碳”目標(biāo)也促使長(zhǎng)三角地區(qū)主動(dòng)進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，發(fā)展氫能相關(guān)產(chǎn)業(yè)成為了優(yōu)質(zhì)解決方案之一。

在氫能相關(guān)材料領(lǐng)域，嘉定氫能港引入了捷氫科技、上海濟(jì)平新能源等專注于氫燃料電池膜電極、催化劑和氣體擴(kuò)散層等氫能相關(guān)材料領(lǐng)域研發(fā)制造企業(yè)，并將在此基礎(chǔ)上建立較完善的氫能產(chǎn)業(yè)框架體系。

氫能產(chǎn)業(yè)包含上游制氫、中游運(yùn)氫和下游用氫等眾多環(huán)節(jié)，技術(shù)密集。擁有較為完備的氫能源產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)業(yè)園是氫能企業(yè)更好的發(fā)展土壤。

2）廣東?。悍鹕剑ㄔ聘。┊a(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移工業(yè)園

佛山（云?。┊a(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移工業(yè)園是中國(guó)較早布局氫能產(chǎn)業(yè)的工業(yè)園區(qū)之一，整合構(gòu)筑了領(lǐng)先全國(guó)的氫能產(chǎn)業(yè)體系和產(chǎn)業(yè)集群；構(gòu)建起了“研發(fā)—原材料—制氫—儲(chǔ)氫—加氫—應(yīng)用—服務(wù)配套”的氫能全產(chǎn)業(yè)鏈條。

佛山市作為中國(guó)制造業(yè)名城，為幫扶粵西北欠發(fā)達(dá)的云浮市，從2013年開始著手建設(shè)佛山（云?。┊a(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移工業(yè)園。2014年底佛山對(duì)口幫扶云浮指揮部委托清華大學(xué)編制了《佛山云浮氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》，開始了對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的超前布局。

2015年，廣東國(guó)鴻氫能科技有限公司在佛山（云?。┊a(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移工業(yè)園注冊(cè)，以此為起點(diǎn)，氫能和燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈迅速進(jìn)駐，逐步形成了聚集態(tài)勢(shì)。

佛山（云?。┊a(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移工業(yè)園一方面引進(jìn)國(guó)際前沿技術(shù)進(jìn)行消化吸收，帶動(dòng)本土企業(yè)自主研發(fā)，培育了一批氫能產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)；另一方面在上游引入制氫、儲(chǔ)氫企業(yè)，在下游引入“廣東電網(wǎng)綜合能源示范”“新能源車推廣運(yùn)營(yíng)”等項(xiàng)目企業(yè)，積極打造完整產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)發(fā)展模式，在中國(guó)構(gòu)建起制氫加氫、氫燃料電池及動(dòng)力總成、氫能源汽車整車制造、氫能研究及產(chǎn)品檢測(cè)等產(chǎn)業(yè)集群。佛山（云?。┊a(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移工業(yè)園推動(dòng)了中國(guó)構(gòu)建有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的氫能產(chǎn)業(yè)體系。

（五）氫能材料發(fā)展模式：從技術(shù)引進(jìn)到自主創(chuàng)新

引入國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，逐步發(fā)展自主創(chuàng)新。中國(guó)氫能及燃料電池技術(shù)起步較晚，早期行業(yè)基礎(chǔ)薄弱，缺乏人才、技術(shù)、市場(chǎng)和經(jīng)驗(yàn)，部分核心技術(shù)從零開始成本極高，限制了中國(guó)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。因此部分企業(yè)選擇在初期對(duì)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行引進(jìn)，將先進(jìn)技術(shù)消化吸收。同時(shí)這些企業(yè)開始自主創(chuàng)新，聯(lián)合中國(guó)知名院校進(jìn)行技術(shù)合作，推動(dòng)科研成果的市場(chǎng)轉(zhuǎn)化，形成研發(fā)合力和產(chǎn)業(yè)共鳴。

1）典型企業(yè)：國(guó)鴻氫能

國(guó)鴻氫能成立于2015年，是佛山（云?。┊a(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移工業(yè)園在氫能產(chǎn)業(yè)布局的第一步。2016年廣東國(guó)鴻氫能科技有限公司與加拿大巴拉德合資企業(yè)落戶云浮市，共建氫燃料電池生產(chǎn)線。國(guó)鴻氫能在消化吸收和再創(chuàng)新的基礎(chǔ)上建成了當(dāng)時(shí)全球規(guī)模最大的燃料電池電堆生產(chǎn)線，確立了自身在氫能燃料電池領(lǐng)域的龍頭地位。

在消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，國(guó)鴻氫能加大研發(fā)投入，開展自主創(chuàng)新。2017年國(guó)鴻氫能與佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院、佛山（云?。┊a(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移工業(yè)園區(qū)共同組件新能源產(chǎn)業(yè)研究院，開展產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目合作。隨后，國(guó)鴻氫能獲批建立廣東省氫能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和國(guó)家博士后科研工作站，并成為國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)。國(guó)鴻氫能與大連化學(xué)物理研究所、上海大學(xué)、北京理工大學(xué)等高校的合作也為其研發(fā)工作提供了人才與技術(shù)支持。

經(jīng)過(guò)數(shù)年的研發(fā)投入、人才隊(duì)伍建設(shè)和高校產(chǎn)學(xué)研合作，國(guó)鴻氫能已開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能電堆和多款燃料電池系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從技術(shù)進(jìn)口到自主創(chuàng)新的中國(guó)氫能企業(yè)發(fā)展。

（六）氫能產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵支撐：氫能研究機(jī)構(gòu)與團(tuán)隊(duì)

中國(guó)的氫能技術(shù)尚且不成熟，儲(chǔ)氫、氫燃料電池等技術(shù)還有待突破。在尋求技術(shù)突破的過(guò)程中，各大高校和研究院所扮演了相當(dāng)重要的角色。中科院大連物化所等研究單位為中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)；清華大學(xué)、南開大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等科研單位在細(xì)分領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，完善了中國(guó)氫能研究體系。隨著中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，部分產(chǎn)學(xué)研深度融合的研究院所紛紛涌現(xiàn)，如佛山（云?。淠墚a(chǎn)業(yè)與新材料發(fā)展研究院等。科研院所與研究團(tuán)隊(duì)共同支撐起了中國(guó)氫能技術(shù)的研究體系。

圖23.中國(guó)部分氫能研究機(jī)構(gòu)（來(lái)源：DeepTech）

表8.氫能材料部分人才（來(lái)源：DeepTech）

（七）氫能材料技術(shù)展望：突破成本瓶頸，推進(jìn)氫能普及突破氫能關(guān)鍵材料瓶頸是氫能產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的關(guān)鍵。

在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的指引下，氫能作為一種清潔能源，兼具高效、可持續(xù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，正在逐步成為全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要載體之一，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，深入推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系的重要一環(huán)。以儲(chǔ)氫材料和氫燃料電池材料為代表的氫能關(guān)鍵材料在一定程度上決定了中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，是需要首先突破的技術(shù)瓶頸。

1）儲(chǔ)氫材料：發(fā)展方向以高存儲(chǔ)密度與高安全性為主，儲(chǔ)氫材料是破局關(guān)鍵。氫的儲(chǔ)存與運(yùn)輸是氫能利用的關(guān)鍵一環(huán)，決定了氫能能否得到大規(guī)模應(yīng)用。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是目前最為成熟的儲(chǔ)氫方式，目前的發(fā)展方向以高強(qiáng)度碳纖維儲(chǔ)氫瓶為主；低溫液態(tài)儲(chǔ)氫主要用于軍工領(lǐng)域，民用難以普及；有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)在應(yīng)用前還需要技術(shù)上的突破。儲(chǔ)氫材料的研發(fā)方向應(yīng)從以下幾個(gè)方向入手：1. 原料易得成本低廉、能夠工業(yè)化制備、2. 向低密度材料努力，進(jìn)一步提高材料儲(chǔ)氫密度。

2）氫燃料電池材料：成本和壽命瓶頸限制了氫能的普及使用，因此低鉑、超低鉑或非鉑催化劑是研究重點(diǎn)；質(zhì)子交換膜層面，為了提升燃料電池性能，質(zhì)子交換膜呈現(xiàn)超薄化趨勢(shì)。還需要對(duì)各層間界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低燃料電池中的催化劑團(tuán)聚、流失現(xiàn)象，減少惡劣工況對(duì)燃料電池耐久性的影響。超薄化質(zhì)子交換膜可以降低質(zhì)子傳輸阻抗、提升自增濕能力，對(duì)燃料電池性能提升明顯，是發(fā)展趨勢(shì)所在。

（八）氫能材料產(chǎn)業(yè)展望：產(chǎn)業(yè)集群初步形成，政策引導(dǎo)下中國(guó)氫能材料未來(lái)可期

從產(chǎn)業(yè)層面來(lái)看：1）四大產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)逐漸形成，氫能材料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。截至2022年3月，中國(guó)現(xiàn)存氫能相關(guān)企業(yè)約2200家，初步形成了長(zhǎng)三角、珠三角、環(huán)渤海和川渝鄂四個(gè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，帶動(dòng)了區(qū)域氫能產(chǎn)業(yè)布局。

2）各地因地制宜發(fā)展氫能燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)集群，促進(jìn)全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。長(zhǎng)三角區(qū)域以上海為中心，依托當(dāng)?shù)仄嚠a(chǎn)業(yè)集群基礎(chǔ)，建立了較為完善的氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈；珠三角區(qū)域布局較早，積極引入國(guó)外技術(shù)，消化吸收帶動(dòng)中國(guó)企業(yè)成長(zhǎng)，全產(chǎn)業(yè)鏈逐步完成，在物流運(yùn)輸、城市交通等方面初步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用；環(huán)渤海以北京為中心，冬奧會(huì)為契機(jī)，依托強(qiáng)大科研院所資源，推動(dòng)加氫站及氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展；川渝鄂區(qū)域形成了較為完整的產(chǎn)學(xué)研用發(fā)展體系，依托當(dāng)?shù)刎S富水電、天然氣資源，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

3）頂層設(shè)計(jì)持續(xù)推進(jìn)，國(guó)家政策引導(dǎo)氫能材料產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。2022年國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035 年）》，為氫能發(fā)展帶來(lái)了頂層設(shè)計(jì)，使氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展有了更為明確的方向和節(jié)奏。隨后中國(guó)各地紛紛制定氫能產(chǎn)業(yè)的中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃和扶持政策。氫能產(chǎn)業(yè)扶持政策形成了中央-地方的立體架構(gòu)，氫能產(chǎn)業(yè)迎來(lái)加速期。