吳鋒：中國動力電池優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能不足 急需創(chuàng)新發(fā)展

北京理工大學(xué)教授、中國工程院院士 吳鋒

經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，世界新能源汽車大會（WNEVC）于2019年7月1-3日在海南博鰲隆重召開。大會著眼于全球汽車產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善，通過聚集全球?qū)＜抑腔酆彤a(chǎn)業(yè)精英，共同交流探討新能源汽車在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、政策創(chuàng)新、市場模式創(chuàng)新等領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)與發(fā)展趨勢，凝聚產(chǎn)業(yè)共識，明晰汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的方向，探索電動化、智能化、共享化協(xié)同發(fā)展的有效路徑。在2日下午的全體大會上，北京理工大學(xué)教授、中國工程院院士吳鋒發(fā)表了演講。

以下為演講實(shí)錄：

各位來賓下午好！

非常高興參加這次會議，現(xiàn)在我向大家報(bào)告一下，我們在動力電池和相關(guān)材料研發(fā)方面的一些進(jìn)展。

中國從“七五”開始，國家科技部就開始立題，啟動了新型二次電池關(guān)鍵材料的研究，“八五”開始又針對電動汽車啟動了相關(guān)材料和電池及零部件的研究，經(jīng)歷“九五”、“十五”一直到現(xiàn)在“十三五”。我也從頭見證和親身經(jīng)歷了上述過程。

到2020年國家對于動力鋰離子電池能量密度的指標(biāo)是300Wh/kg，現(xiàn)在一些電池企業(yè)已經(jīng)初步達(dá)到了這個指標(biāo)，還在進(jìn)一步提高綜合性能。這是2017-2018年，我們國家動力電池配套的排名，大家可以看到80%都集中在寧德時(shí)代新能源和比亞迪等少數(shù)幾家企業(yè)，隨著國家補(bǔ)貼的退坡，動力電池企業(yè)下一步也面臨新一輪洗牌，可能會有比較大的動靜。

從2018年動力電池所用材料體系的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來講，磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰等材料中，占比最多的是三元材料。但在國家補(bǔ)貼退坡后，隨著磷酸鐵鋰材料的性能進(jìn)一步提高和它在安全性方面的一些優(yōu)勢，它是否會在動力電池市場有新一輪崛起，還有待觀察。

在技術(shù)進(jìn)展方面，我們把新一代高比能鋰離子電池正極材料的研發(fā)重點(diǎn)放在了富鋰錳基材料方面。北京大學(xué)等單位在高比容富鋰錳基材料研究方面取得了突破。我們團(tuán)隊(duì)在仿生膜設(shè)計(jì)，通過界面保護(hù)提高材料穩(wěn)定性，構(gòu)筑選擇性鋰離子通道，提高材料倍率性能方面也進(jìn)行了一系列的研究。

在新型負(fù)極材料方面，我們也進(jìn)行了無集流體，無黏結(jié)劑電極方面的嘗試，可以提供更多電化學(xué)位點(diǎn)，從而提高電極比容量。在鋰硫電池正極材料方面，我們利用雙“費(fèi)歇爾酯化”的模塊組裝方法，將分散的導(dǎo)電碳組裝為橢球型的微米超結(jié)構(gòu)，顯著提高了正極單位面積的硫載量，電池能量密度達(dá)到545Wh/kg。在動力電池安全性方面，我們從材料入手，包括研制出溫度敏感電極、陶瓷高強(qiáng)隔膜、安全電解質(zhì)等顯著提高了電池的夲征安全性。還研制出基于納米TiO2與離子液體的新一代凝膠固態(tài)電解質(zhì)，具有高室溫電導(dǎo)率與顯著的安全性（1300℃/60s不燃）。在系統(tǒng)安全性方面，基于我們提出的電池安全閾值邊界的識別與控制概念，建立了相關(guān)的安全狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型，通過建立這個數(shù)學(xué)模型，可以將量化的安全度實(shí)時(shí)顯示在電動汽車儀表盤，給司機(jī)提供可視化的安全預(yù)警。

在動力電池回收再生和再利用方面，我們研發(fā)出天然有機(jī)酸綠色高效回收技術(shù)，鈷、鋰、鎳的浸取率達(dá)到92%以上。把回收過來的材料再做成正極，并符合正極材料的要求，這形成一個內(nèi)循環(huán)，從廢舊正極的回收到正極材料的再生。

還有一個外循環(huán)，像廢舊電池的負(fù)極，大家知道主要是碳，碳價(jià)格并不高，我們將碳回收，做成了碳吸附劑，可以用來吸附磷，高達(dá)588mg/g，把這種吸附劑放在太湖、滇池等嚴(yán)重磷污染的湖水中，能夠處理污水，再把處理后的含磷吸附劑，放到土壤里，作為磷肥緩緩釋劑，形成一個外循環(huán)，因?yàn)檫@個需求量也很大。

在動力電池技術(shù)發(fā)展方面，今后主要還是集中在提高安全性、提升比能量，提高壽命、控制成本方面，當(dāng)然壽命和成本本身也是密切相關(guān)的。

在高比能正極材料方面，大家在做高鎳或者做低鈷、無鈷的材料，目前低鈷是大趨勢。剛才說了，富鋰錳基是下一代高比能鋰離子電池的主要正極材料，因?yàn)樵谘芯慨?dāng)中發(fā)現(xiàn)，在這個體系里，氧參與了反應(yīng)，也就是說從單電子上升為多電子反應(yīng)，為鋰離子電池能量密度的大幅度提升提供了材料基礎(chǔ)。

對新型負(fù)極材料而言，硅碳復(fù)合還是研發(fā)重點(diǎn)，純硅還要再遠(yuǎn)一點(diǎn)。負(fù)極材料在納米化方面還有很多研究的空間。

電解質(zhì)是影響鋰離子安全的主要因素之一，在向固態(tài)化方向發(fā)展，我覺得目前還達(dá)不到全固態(tài)，我們研制出新型仿生蟻穴結(jié)構(gòu)的新型離子凝膠電解質(zhì)，在鋰金屬表面形成保護(hù)層，可有效抑制鋰枝晶生長。電池材料在仿生方面的研究有利于電池本身的綠色化。

動力電池隔膜需要高穩(wěn)定性，在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，有待進(jìn)一步輕質(zhì)和薄型化。

動力電池正邁向固態(tài)化時(shí)代，現(xiàn)在硫化合物和聚合物的結(jié)合還是比較看好的，但是我總覺得還是一步一步來，從準(zhǔn)固態(tài)向固態(tài)發(fā)展。

鋰硫電池雖然有很高的理論質(zhì)量能量密度，但它的體積能量密度目前還難以滿足新能源汽車的要求。北京交通非常堵，如果在堵車的時(shí)候車子可以騰空往前走幾百米再下來，這個地方是可以考慮用鋰硫電池的，因?yàn)樗p，目前主要可用于無人機(jī)。

我們973團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了光充電二次電池的研究，在化學(xué)電源中加入了物理電源的色彩，如果能通過光充電二次電池，解決電池超長時(shí)間的儲存也是很有意義的。如果把葉綠素作為添加劑引進(jìn)，就又把生物效應(yīng)放進(jìn)去了。希望能夠引發(fā)一些創(chuàng)新性的思維。

在2002年，我們在第一期973項(xiàng)目中提出了多電子反應(yīng)，6年后在第二期973項(xiàng)目中提出了輕元素多電子反應(yīng)，在第三期973項(xiàng)目中又提出了輕元素、多電子、多離子反應(yīng)，能量密度從300Wh/kg，到400Wh/kg，到500Wh/kg，上了三個臺階，把電池反應(yīng)從單電子反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嚯娮臃磻?yīng)，這種新體系對提升二次高比能電池比能量是非常有意義的，也引起了國際同行的重視。

動力電池梯次利用，大型儲能系統(tǒng)所需的管理電池是動力電池?cái)?shù)量的幾百倍甚至更多，針對于退役動力電池的一致性和先進(jìn)的電池管理控制軟件系統(tǒng)提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。在電池管理控制系統(tǒng)技術(shù)不成熟的前提下，退役動力電池用作移動應(yīng)急電源等小型儲存系統(tǒng)更為合適。按照現(xiàn)在的技術(shù)，馬上把電動汽車電池退役之后用在太陽能和風(fēng)電的儲能，從小到大，我認(rèn)為如何保證電池的均勻性和電池系統(tǒng)的安全可靠性，還有待商榷，需要認(rèn)真研討。

根據(jù)3R&3E策略，采取多種方法回收有價(jià)金屬，降低各類污染，日本在這方面有許多成功的經(jīng)驗(yàn)。

在保障安全性前提下，繼續(xù)開發(fā)高能量密度、功率密度、低成本、高可靠性的動力電池體系，建立完整的動力電池梯次利用和電池回收再利用體系，加快推進(jìn)新能源汽車發(fā)展。另一方面，技術(shù)發(fā)展的不確定性，意味著可能隨時(shí)被顛覆；中國動力電池目前狀況是總體產(chǎn)能過剩，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能不足，急需進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展，以期取得具有顛覆性的技術(shù)突破。然而要知道，一個真正從基礎(chǔ)研究做起來的顛覆性創(chuàng)新，并不是一蹴即成的，不能急于求成，有時(shí)候這個事情要做五年十年或者十五年。美國能源部最近對動力電池提出了更高的性價(jià)比指標(biāo)，所以我覺得從整個材料體系和電池體系來講，我們都要有些創(chuàng)新性的思路。

謝謝大家。

(責(zé)編：林嘉興)

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