1月7日下午，由電動汽車百人會主辦的“把握全球變革趨勢，實現高質量發展”熱點問題交流會清華大學召開。歐陽明高院士出席會議并發表了題為“2017年動力電池技術進展與發展趨勢”的主旨演講。
以下為發言全文：
歐陽明高：大家好，我沒有準備綜合性的發言，準備大家提問為主，因為大家水平都提高了，都很會提問，而且寫的東西水平越來越高了。今天我重點講技術問題，然后大家提問，有什么技術問題大家可以提。我講的技術問題一部分是我個人觀點，一部分是代表“十三五”國家重點研發計劃《新能源汽車》科技專項總體專家組，今年年會做報告我也將代表總體專家組。
技術問題非常多，我現在重點關注有三個問題：電池、電耗、充電。
第一個，零部件層面、核心技術層面我想動力電池肯定是關鍵，燃料電池當然也很關鍵，我現在挑一個年度進展最大的，因為技術進展太多了。
第二個，整車技術，我今年關注的不是里程，是電動車的電耗，這是當前整車集成技術的核心問題。我估計今年年會也會講這個問題。
第三個，從整個新能源汽車推廣應用的系統工程來講，充電技術正在經歷需求大增長，技術大發展的時期。需要重點關注。
所以我在百人會年會大概會講這么三個問題，但今天我只挑一個問題，就是純技術的電池問題。
一、國內動力電池的主要技術進展。
第一方面，面向300瓦時/公斤的電池，也就是2020年的這個電池。目前新能源汽車專項里面有三個團隊，一個是寧德時代新能源、一個是天津力神、一個是合肥國軒，這三個團隊目前基本上采用的技術路線大同小異，正極高鎳三元，負極是硅碳負極，這個電池目前技術指標已經接近應用要求，就是說我們說重大進展就是說這樣的，不是說還不靠譜的，這個就是我們要報告給大家的，就是說2020年要產業化的300瓦時/公斤的電池取得了實質性突破。現在從比能量角度都已經達到，像寧德時代新能源循環壽命也基本上在1000次左右，能量密度達到304瓦時/公斤，其他兩家也差不多。當然還有部分企業安全性標準還沒有完全滿足，寧德時代安全性也全部通過。300瓦時/公斤的單體大概能做出200-210瓦時/公斤的電池系統，因為他們基本上是軟包電池，不是方形電池。我們去年年底、今年年初能量密度單體大概達到230瓦時/公斤左右，系統大約150瓦時/公斤左右。就是說我們2018、2019年還需要再提高50~70瓦時/公斤.這個我認為是可以做到的。至于350瓦時/公斤、260瓦時/公斤是我們力爭的目標。
第二方面，面向2025年產業化，希望沖擊單體電池400瓦時/公斤。300瓦時/公斤實際上變的是負極從碳變成硅碳，到400瓦時/公斤我們要變的是正極，目前可選的正極有好幾種，現在我們新能源汽車重點專項取得突破性進展的是高容量富鋰錳基正極材料，有兩個單位承擔了前沿基礎項目，一個是物理所，改善了富鋰錳基正極循環的電壓衰減。達到的指標是100周之后電壓衰減降到了2%以內，應該說這是一個重大的進展。另外一個是北京大學的團隊，首次研制出了比容量400毫安時/克的富鋰錳基正極，對于400瓦時/公斤應該是沒有問題的，甚至可能更高。
第三方面，更加前沿的，大家知道是固態電池。固態電池國內有多家研究機構和產業單位在做，包括中科院青島能源所、寧波材料所，物理所等，也包括寧德時代新能源、中航鋰電等。最近寧波材料所跟贛鋒鋰業合作，正在推進產業化，計劃2019年量產。應當說固態電池無疑是2017年全球電池領域最熱的一個技術名詞，所以下面我以固態電池為例來介紹全球動力電池技術熱點。
二、全球電池技術熱點：全固態電池技術
全固態鋰電池，這幾個詞每一個字都不能少、不能變，比方說“全固態”跟“固態”是不一樣的，“鋰電池”和“鋰離子電池”不是一個概念。所謂“全固態鋰電池”是一種在工作溫度區間內所使用的電極和電解質材料均呈固態，不含任何液態組份的鋰電池，所以我們全稱是“全固態電解質鋰電池”。這個全固態鋰電池又分成全固態鋰一次電池和全固態鋰二次電池，一次電池其實已經有用的。全固態鋰二次電池又分成全固態鋰離子電池和鋰金屬電池，這兩個概念又要區別，所謂全固態金屬鋰電池，就是它的負極用的是鋰金屬，我們現在負極大家知道用的是碳或者硅碳或者鈦酸鋰。
全固態鋰電池的概念比鋰離子電池出現的更早，大家知道鋰離子電池只出現了25年左右，是日本人發明的，到現在25年，真正到車上用就10多年，所以很年輕但是進步很快。早期所指的全固態鋰電池，都是指金屬鋰為負極的全固態金屬鋰電池，所以一說全固態往往說到這個，就是說全固態的是以鋰金屬為負極的，這就是以前的概念。全固態鋰電池有幾個潛在的技術優勢，比方說安全性高，因為它沒有有機溶劑作為電解質引發電解液燃燒問題；第二，能量密度高，這個當然要說明的是，固態電解質的密度和使用量高于液態電解質，在正負極材料相同的時候，他的優勢是不明顯的，當然如果有了固態電解質之后就沒有電解液泄漏問題，所以它可以一片片全部疊起來，不像我們非要搞一個軟包包起來，這樣體積比能量就會高。第三，正極材料選擇的范圍寬，因為負極是鋰金屬，正極不含鋰都可以。還有，電解質的電壓窗口會更寬些，正極材料選擇范圍也就大，比能量也可以提高；第四，系統比能量高，由于電解質無流動性，可以方便地通過內串聯組成高電壓單體，利于電池系統成組效率和能量密度的提高。
但是問題也有，第一個問題是固態電解質材料的離子電導率偏低。現在有三種固態電解質，一種是聚合物，一種是氧化物，一種是硫化物，聚合物電解質這種，其實這個電池已經有了，現在在法國有些車上用，它的問題就是要加熱，電池要加熱到60度，離子電導率才上來，電池才能正常工作。目前氧化物電解質一般比液態的還是要低很多。只有硫化物的固態電解質現在跟液態的差不多，比如豐田就是用的這種硫化物的固態電解質，所以固態電解質是有突破的，主要的突破是在硫化物的固態電解質。
第二個問題就是固/固界面接觸性和穩定性差。液體跟固體結合是很容易的，滲透進去。但是固體和固體接觸性和穩定性就不是太好了，這是它很大的一個問題。硫化物電解質雖然鋰離子導電率已經提高了，但是仍然有界面接觸性和穩定性問題。
第三個問題是金屬鋰的可充性問題。在固態電解質中，鋰表面同樣存在粉化和枝晶生長問題。其循環性，甚至安全性等還需要研究。
當然還有一個問題，就是制造成本偏高。
基于上述問題，特別是固態界面接觸性/穩定性和金屬鋰的可充性問題，真正意義上的全固態金屬鋰電池技術，現在仍然還是不成熟的，還存在技術不確定性。目前展現出或者有突破的，有性能優勢和產業化前景的，主要是固態鋰離子電池。
固態鋰離子電池跟全固態鋰電池有什么區別？固態電池，不一定是全都是固態電解質，就是說還有一點液態，是液態跟固態混合的，看混合的比是多大。真正的固態鋰離子電池，其電解質是固態，但在電芯中有少量的液態電解質；所謂半固態，就是固態電解質、液態電解質各占一半，或者說電芯的一半是固態的、一半是液態的，所以還有準固態的，就是主要為固態、少量是液態。
關于固態鋰電池國內外動態。現在固態鋰電池持續升溫，美國、歐洲、日本、韓國、我國，都在投入。各個國家心態不太一樣。例如美國，以小公司，創業型公司為主。美國有兩家公司還是不錯的，都是初創公司，一個是S-akit3，續駛里程能到500公里，現在還處于初級階段。還有一個Solid—State，還有一家公司被寶馬等幾家大公司投資了。因此美國主要是小公司、創業公司干，立足于顛覆性技術。日本的，基本上是固態鋰離子電池，最著名的豐田，將在2022年實現商品化，我們看看豐田干的是什么？豐田做的不是全固態鋰金屬電池，做的是固態鋰離子電池，它的負極是石墨類，硫化物電解質，高電壓正極，單體電池容量15安時，電壓是十幾V的那種，2022年實現商品化，這個是靠譜的。所以在日本，并沒有顛覆，還是鋰離子電池，正負極還可以用以前的。韓國，也是石墨類負極，并不是金屬鋰負極，跟日本差不多。中、日、韓的情況是類似的，因為我們已經有了很大的鋰離子電池的產業鏈，不希望推倒重來。
三、綜合評述與展望
第一，鋰離子動力電池有望于2020年前實現300瓦時/公斤目標，目前國內外技術研發基本處于同一水平，但安全性研究尚待加強。這種電池的核心是安全性。
第二，作為實現遠期目標的兩類新體系，鋰硫、鋰空氣電池方面，目前國內外進展相對緩慢，2017年沒有看到突破性的進展。從原理來講，鋰硫電池的重量比能量跟體積比能量基本相當，所以它的體積比能量要提上來是有相當難度的。我們乘用車、轎車對體積比能量的要求可能比重量比能量來的還要重要，雖然說有每公斤400瓦時/公斤，體積比能量也只有400瓦時/升，這個我們對轎車來講就不大好了。鋰離子電池一般來講，比方說重量比能量300，體積比能量比如300瓦時/公斤，就可以達到600瓦時/升。鋰空氣電池，應該說集合了鋅空電池、氫燃料電池、鋰二次電池的所有難點。相比而言氫燃料電池更具競爭優勢。
第三，固態電池的研發產業化持續升溫，但受到固/固界面穩定性和金屬鋰負極可充性兩大問題的制約，真正的全固態鋰金屬負極電池還沒有成熟，但是以無機硫化物作為固態電解質的鋰離子電池應該說出現突破。總體看固態電池發展的路徑，電解質可能是從液態、半固態、固液混合到固態，最后到全固態。至于負極，會是從石墨負極，到硅碳負極，我們現在正在從石墨負極向硅碳負極轉型，最后有可能到金屬鋰負極，但是目前還存在技術不確定性。
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