2024年3月15日，中國電動汽車百人會論壇(2024)在京開幕。圍繞“鞏固和擴大新能源汽車發(fā)展優(yōu)勢”這一核心議題，中國電動汽車百人會論壇(2024)將舉辦1場高層論壇、1場國際論壇、2場閉門會議、10場主題論壇，全面強化高端前瞻、全球視野、跨界融合的論壇特色。

　　在3月17日上午舉行的動力電池論壇上，中國電子科技集團第十八研究所研究員肖成偉發(fā)表了演講。

　　中國電子科技集團第十八研究所研究員肖成偉

　　以下為演講實錄：

　　尊敬的陳院士、楊院士、孫院士，各位領導、各位專家、各位業(yè)界同仁，大家上午好!

　　很高興受百人會的邀請來參加動力電池論壇活動，剛才孫院士把全固態(tài)電池無論從趨勢還是具體的技術路線等等各個方面都做了深入的闡述，我想對于在座的各位做全固態(tài)電池的研究會提供一些新的思路和參考。

　　昨天參會的各位領導和專家對全固態(tài)電池也發(fā)表了很好的指導性意見，無論從技術方面還是產業(yè)方面，我這塊內容還是趨勢性的內容為主，給大家做基礎研究和產業(yè)化提供一些參考的意見。

　　分享三方面：

　　一、新能源汽車和動力電池產業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀

　　世界主要的汽車強國紛紛發(fā)布跟新能源汽車相關的一些政策和規(guī)劃，新能源汽車產業(yè)尤其在高新技術領域競爭非常重要的一塊內容，這樣一個前提下，新能源汽車在全球范圍內快速發(fā)展。2023年全球的新能源汽車銷量突破1400萬輛，市占率快速增長到16%。在中國尤其在前期補貼政策的支持下，包括一些科研項目和產業(yè)化項目的引導下，無論是整車還是動力電池產業(yè)快速發(fā)展，2023年接近950萬輛銷量，市占率31.6%，連續(xù)九年我們的汽車銷量超過了全球50%的比例，連續(xù)九年處于全球第一位。動力電池銷量在2023年接近380GWh，世界前十名排名的企業(yè)里面有六家是中國的電池企業(yè)，也培養(yǎng)了像寧德時代和比亞迪世界級的電池企業(yè)。

　　從產能規(guī)模來看，到2035年，中國動力電池產業(yè)的年產能達到全球接近70%的比例，對全球的新能源汽車發(fā)展會提供強力的支撐。

　　二、中國涉及動力電池的相關國家規(guī)劃、研發(fā)計劃

　　中國政府發(fā)布了很多國家的規(guī)劃，包括一些研究的計劃，這里面都涉及到動力電池的內容。從這里來看，尤其從“十四五”期間，動力電池還是從產業(yè)化、基礎研究等等方面進行了一些布局，現(xiàn)在我們的量產鋰電子電池的能量密度達到400Wh/kg，以固液混合和全固態(tài)為主，新型的鋰離子電池方面再做進一步支持，能量密度設定在500Wh/kg，新體系電池能量密度600Wh/kg，包括全固態(tài)鋰金屬二次電池，加快固態(tài)動力電池的技術研發(fā)和產業(yè)化的工作。已經實現(xiàn)了大規(guī)模生產先進的鋰離子電池的水平，三元的鋰離子電池，無論大方形、圓柱，包括軟包，包括大容量的方形等等。能量密度高的可以做到300Wh/kg，已經實現(xiàn)了量產和在車上的配套。做大圓柱的無論4680、4695等，現(xiàn)在做的能量密度基本上可以達到200Wh/kg左右的水平，也實現(xiàn)了量產，也處于配套的批量爬坡過程。

　　磷酸鐵鋰，無論是長刀、短刀(片電池)為代表，通過扁平化的超長結構的疊片工藝，提高了電池內部體積的利用率，150Ah的電池做到190Wh/kg，體積能量密度到了410Wh/L的水平。系統(tǒng)集成的角度，進一步提高電池包的能量密度，無論通過CTB、CTC、CTP的方式，如寧德時代發(fā)布的CTP3.0可以做到255Wh/kg的電池系統(tǒng)能量密度，對電芯來說，前面講了基本可以做到300Wh/kg多一些的水平才能達到這樣一個系統(tǒng)的能量密度。能量和價格的趨勢來看，十年來能量密度快速提升，價格也是處于快速下降的階段。目前來說，磷酸鐵鋰190Wh/kg，它的價格基本降到0.4元/Wh，三元300Wh/kg的最高水平，實現(xiàn)了量產，它的價格現(xiàn)在基本在0.5元/Wh左右的水平。

　　從發(fā)展的趨勢來看，磷酸鹽這條技術路線還會持續(xù)做一些技術提升，后面我們用磷酸錳鐵鋰無論與三元還是與富鋰復合，并跟石墨做匹配的話，基本可以做到240Wh/kg，國內很多電池系統(tǒng)在做相應的產品開發(fā)和市場的推廣。中鎳三元高電壓的，做到270Wh/kg，現(xiàn)在可以實現(xiàn)量產和批量配套。高鎳三元鋰電池，可以做到300Wh/kg左右的水平，實現(xiàn)量產和批量配套。這些都是液態(tài)的，下一步固液混合和全固態(tài)電池，現(xiàn)在360Wh/kg固液混合實現(xiàn)了量產和批量配套。下一步要去做400Wh/kg固液混合和400Wh/kg或者800Wh/L的全固態(tài)電池。再往后，做全固態(tài)500-600Wh/kg以上，以基礎研究為主。

　　三、全固態(tài)電池的發(fā)展趨勢

　　為什么要發(fā)展全固態(tài)電池?第一，通過用固態(tài)電解質替代有機電解液，可顯著提高鋰電池的安全性。第二，基于固態(tài)電解質的高穩(wěn)定性，有利于兼容更高電壓的正極材料以及更高比容量的含鋰負極材料，可進一步提升鋰電池的能量密度。在這樣一個前提下發(fā)展全固態(tài)電池，固液混合電池現(xiàn)在很多的企業(yè)在做相應的開發(fā)和產品的推廣，跟我們現(xiàn)有的液態(tài)產線做比較好的兼容，全固態(tài)電池涉及到無論是我們的基礎科學問題，還是產業(yè)問題。固固界面和穩(wěn)定化是比較基礎的科學問題，電池工藝放大尤其是大容量的電芯現(xiàn)在還有很多技術難題，當然現(xiàn)在還有固態(tài)電解液成本高的問題，隨之而來帶來電池成本高的問題，需要我們去面對解決。

　　我們做的固液混合電解質體系，清陶開發(fā)116Ah固液混合電池，能量密度368Wh/kg，循環(huán)800次，安全性通過針刺、擠壓、過充等等測試，具備量產配套能力。今年在上汽一些車型里面會實現(xiàn)批量配套的應用。

　　衛(wèi)藍固液混合電解質體系，這些電解質體系基本還是以用氧化物為主，采取原位聚合的技術路線，衛(wèi)藍開發(fā)110Ah固液混合電池，能量密度做到360Wh/kg，循環(huán)800次左右，通過熱箱、過充、擠壓、短路等等安全性測試，具備了量產配套能力。

　　浙江鋒鋰固液混合體系，現(xiàn)在它的240Wh/kg電池產品已經在東風車型里面實現(xiàn)了批量配套和應用，下一代開發(fā)400Wh/kg固液混合體系，正極采用高鎳三元，負極采用鋰金屬復合的技術路線，現(xiàn)在在開發(fā)和量產準備的過程中。

　　中電科藍天做的固液混合電池采用高鎳三元材料，通過納米無機固態(tài)電解質包覆三元正極材料來提高正極的安全性，開發(fā)不燃特性固態(tài)凝膠電解質，做的電池81Ah容量，比能量350Wh/kg，循環(huán)做到1200次的水平。

　　對全固態(tài)電池來說是下一個競爭的熱點，像日本、歐盟、美國、韓國和中國都紛紛發(fā)布了相應的規(guī)劃，在共性產業(yè)化技術方面，中國還是采用產學研用創(chuàng)新聯(lián)合體的形式來進行相應的支持，而前瞻性的技術研發(fā)主要是以高校和科研院所為主。在全球范圍內全固態(tài)電池形成了研發(fā)的熱點。

　　前面孫院士講了一下，我們對固態(tài)電解質以氧化物、硫化物、鹵化物和聚合物四類為主。從現(xiàn)在研發(fā)的熱點和產業(yè)化趨勢來看，電解質角度來看，一類是硫化物，一類是聚合物復合的電解質。

　　從正極材料角度來看，超高鎳或者富鋰錳基，負極以硅基、鋰金屬或者無鋰負極，現(xiàn)在三星宣布要采用無鋰負極方式來實現(xiàn)產業(yè)化。在這里面會涉及到很多關鍵的科學問題，我們材料的結構穩(wěn)定性、膨脹、界面接觸、鋰枝晶生長等等，需要我們做深入的基礎研究。從電池的安全角度來看，安全性有了一個大幅提升，但是并不等于是絕對安全的，有鋰枝晶的問題，也存在著熱失控的風險，會對電池熱失控預警，包括電池系統(tǒng)的熱擴散防控做很多的工作。

　　從電池系統(tǒng)集成的角度來說，現(xiàn)在全固態(tài)電池基本上還是以軟包為主，需要從外部加一個比較大的束縛力，現(xiàn)在基本做到20—30個大氣壓，甚至還要高一些。后面我們希望通過一些技術的創(chuàng)新能夠把約束力盡可能降低，是不是可以接近液態(tài)的水平，這個也需要我們做進一步的研究和攻關。

　　從生產的角度，全固態(tài)電池可以做成內串的形式，外部結構采用疊片+軟包的形式，我們可以外加比較大的約束力，來保證界面的接觸，來提高它的循環(huán)性。再有一個，我們也可以沿用現(xiàn)在的濕法工藝來進行全固態(tài)電池的生產，跟現(xiàn)在產線的兼容度基本可以接近70%的水平。干法的兼容度比較低一些，要做一些設備的定制開發(fā)，正負極和電解質膜生產設備等等。成本目前來說還是比較高的，材料成本1.5—2.5元/Wh，未來我們的目標看看是不是可以降到0.8元/Wh以下。

　　全固態(tài)電池產業(yè)發(fā)展趨勢，理想情形下，在2027年要做到400Wh/kg，1000次的循環(huán)，2C的倍率性能，實現(xiàn)百輛到千輛級別的示范運營。根據運營的情況，我們做一些技術的迭代提升，包括整車設計的改進。2030年左右實現(xiàn)全固態(tài)電池和搭載車輛的小規(guī)模量產，2035年左右實現(xiàn)全固態(tài)電池大規(guī)模量產，并實現(xiàn)普遍的使用。

　　在這個基礎上，500-700Wh/kg全固態(tài)電池的研究工作也要跟進，在400Wh/kg的基礎上隨著一些新的技術做相應的應用。

　　有幾個典型的企業(yè)，一個是豐田采用了濕法工藝開發(fā)的小容量電池，在混合動力車(HEV)里面現(xiàn)在實現(xiàn)了比較好的驗證。2027、2028年要挑戰(zhàn)實現(xiàn)全固態(tài)電池在純電動車型里面的應用。有新聞報道，延伸到2030年投入應用。

　　三星在發(fā)論文的角度做到400Wh/kg、900Wh/L，3月份的韓國電池產展提出量產的方案，高鎳的正極材料、硫化物電解質和無鋰負極，以900Wh/L為目標，它的產業(yè)化進度希望2027年實現(xiàn)量產，這個還是非常有挑戰(zhàn)性。

　　在科技部的支持下我們進行全固態(tài)電池的研究工作，氫能所承擔了全固態(tài)電池的研究項目，采用了聚合物和硫化物復合的電解質體系，采用原位聚合的方案，電芯能量密度做到350Wh/kg、循環(huán)500次，通過針刺等相關國家安全項目的測試，完成裝車的示范應用。

　　同時，在新體系電池方面，在液態(tài)基礎上做固態(tài)化，像鈉離子電池中科海鈉做的儲能領域的固態(tài)電池研究結果，高面容量正極、耐高壓固體電解質、長壽命軟包全固態(tài)鈉電池的研究工作，循環(huán)次數做到1500次左右的水平?，F(xiàn)在我們用在汽車領域的希望能夠做到180Wh/kg的水平，現(xiàn)在有的企業(yè)已經做了相應的儲備，在一些報告里面也提出來研究的結果，甚至產業(yè)化的目標。下一面要挑戰(zhàn)的還是以固態(tài)作為主要的研究方向，采用復合的固態(tài)電解質，用鈉合金的負極氧化物的正極，我們預測比能量做到200Wh/kg以上，循環(huán)壽命做到5000次以上，如果能達到這樣一個水平，可以在電動汽車領域里面有比較好的應用。

　　鋰硫電池以液態(tài)為主，也是科技部支持的研究數據，我們現(xiàn)在也在做固態(tài)鋰硫電池相應的研究工作。我們發(fā)展的態(tài)勢，用復合的硫正極，鋰金屬或者合金類的負極，硫化物的氧化物的固態(tài)電解質，質量能量密度預計能夠達到500Wh/kg，體積能量密度做到800Wh/L，壽命可以做到600次的水平。

　　鋰氧、鋰空氣電池以基礎研究為主，基于原位凝膠化電解質構筑的固態(tài)鋰氧電池能量密度可達到620Wh/kg，可穩(wěn)定循環(huán)50次左右。下一步以固態(tài)鋰空氣電池為主要的研究方向開展可在真實空氣環(huán)境運行的固態(tài)鋰空氣電池的研究工作，開發(fā)在空氣里面穩(wěn)定運行的固態(tài)鋰空氣電池，能量密度達到800Wh/kg，循環(huán)壽命做到200次。

　　同時，國家布局了高比能固態(tài)電池相關的研究工作，從固液混合到全固態(tài)，到新型的鋰離子電池。在這里面基礎研究的鋰金屬二次電池能量密度做到600Wh/kg，新體系電池下一代的鋰離子電池做到500Wh/kg，再有一個，我們的固液混合做到400Wh/kg，全固態(tài)做到800Wh/L的水平，也要實現(xiàn)百輛級的配套應用。

　　后面再做一個路線圖內容的宣傳，希望在座各位如果感興趣的話可以參與到這個工作里面。這塊工作是汽車工程學會做的節(jié)能與新能源汽車技術路線圖3.0版動力電池子路線圖，從六個方向來做路線圖的制定工作，包括：關鍵材料;動力電池;系統(tǒng)集成;電池制造、回收及再利用;研發(fā)工具、測試評價及標準體系;全生命周期碳足跡和碳排放相應的研究。全固態(tài)電池是重點的研究內容之一，要探索全固態(tài)電池的發(fā)展技術路線，來提出我們的科學問題、工程化問題和產業(yè)化問題，給國家各個部委提出一些政策的意見和發(fā)展方向的建議。同時，要提出保障的意見，供政府部門做相應的參考。

　　最后做一個小結，全固態(tài)電池現(xiàn)在是革命性的工作，從全球范圍內來看是新一輪電池技術和產業(yè)競爭的熱點，希望業(yè)內的專家和企業(yè)家能夠群策群力，協(xié)同攻關，推動全固態(tài)電池技術和產業(yè)的快速發(fā)展，為全球新能源汽車產業(yè)的發(fā)展提供中國智慧和中國力量。

　　謝謝大家!