劉興江：電池技術研究新進展與產業持續發展展望
5月22日，CIBF2018 第十三屆中國國際電池技術交流會展覽會在深圳會展中心開幕。中國電科集團首席科學家劉興江博士在技術交流會上發表主題演講。以下是演講正文：
報告的題目是電池技術研究新進展與產業持續發展展望。電池行業到今天為止發展很快，但是有很多問題。我們有哪些進展，后期應該怎么辦？這些是我們關心的問題。我的報告分五個方面，電池在我們國家戰略新興產業之一起著很重要的作用，無論是在新能源、新材料以及電動汽車，都有很重要的應用，電池行業的發展越來越快。整個市場走向也非常好，到2020年的電池發展趨勢。2017年我們國家的電車占全球的52%，應該說是全球第一了。而且全球的規模已經達到了148GWh，增長主要來來自于電動汽車的拉動，到2017年底，全球動力電池的銷售排名（PPT），EATL排名第一，然后是松下、比亞迪。
作為技術，應該也是發展的比較快，而且各個國家也制定了自己的中長期發展規劃，包括前面肖教授介紹了中國政府，無論是研發還是產業化，都有相應的項目在開展?？偟膩碚f，電池的發展，除了鋰離子電池繼續提升比能量以外，在新體系的探索上有艱苦的工作。包括固態電池，包括鋰流電池新體系?？偟哪繕耸菄@400-500瓦時/公斤，這是到2020年左右要實現的，這是研發水平。產業化，估計在2025-2030之間，相對比較客觀的一個估計。
中國政府制定的規劃，把電池分為三步走，第一步已經基本配套實現接近200瓦時/公斤的設備?！笆濉币_到300瓦時/公斤，下一代作為探索新體系，瞄準的是500瓦時/公斤，甚至是更高的比能量布局。
時間這些目標，這些體系，從政府層面也好，或者是各研究部門也在探索新的材料體系，包括鋰離子電池是不是走高內部線，負極是不是用硅碳，總固態電池怎么走，有一些相應的計算。總的來講，行業發展的很快，市場也在增長，新的研究方向不斷的展開。
第二部分介紹中國電池工業的整體狀態，我們做了一個統計，在所有的各種電池里面，應該說取得增長的是鉛酸電池，還有鋰離子電池，鉛酸電池增長的很穩健，鋰離子電池增長的是最快的。在堿性電池，無論是蓄電池還是元電池，基本上是下降的，這是我們行業協會在國內做的統計結果（PPT）。國內有關動力電池的應用，這個排名做了前20名的統計，沒有國外的公司，都是一些國內的公司，寧德，比亞迪是遙遙領先，沃特瑪最近有些麻煩，比亞迪也有些問題，整個行業最近新聞比較多。
作為動力電池的選擇，正極材料非常關鍵，現在基本上這三類，一類是三元材料，以及程狀（諧音）的材料。漸進式結構，錳酸鋰或者是內蒙酸鋰，然后是磷酸鹽，這三類在動力電池都有應用。大家可以看到下面的餅圖（PPT），2016年磷酸鐵鋰是主流，達到70%的份額，但是到2017年情況發生了變化，三元材料已經增長到45%，接近磷酸鐵鋰的增長，由于政府的補貼，比能量提高了引導的結果。同時也是電動汽車長歷程的續航要求。同時大家關注這兩項是并存的，并不是說誰要取代誰，各有各的應用場所。
各種外形，圓、方、聚合物矩的選擇，超過一半的電池是方形的，主要還是由于磷酸鐵鋰大容量化以后方形結構最合理，用在大巴車上或是物流等各個領域。同時方形和聚合物這一塊也有相應的比重，尤其是21700電池出來以后，它的市場占有量有一定程度的增長。
我們國家典型廠家的電池產業化，量產配套的，已經應用的電池的技術水平。首先，可以看到大方形，能量做到200以上，肯定是磷酸鐵鋰，它的比能量可以達到163和165瓦，磷酸鐵鋰通過單體電池大容量化，它的比能量也可以得到很大的提高，有一些嘗試做到180瓦時/公斤，磷酸鐵鋰本身還是有一定的生命力。
采用三元材料的方形電池，也是兩個典型廠家的數據，能量是51、43的水平，比能量可以做到181、200瓦時/公斤，還有一定的優化空間，現在基本上是采用532為主。
圓柱，裝車以后系統提升最高的是圓形電池，21700電池的典型特性，力神的數據，做到3.8ah，在這個條件下可以做到比能將近200瓦時/公斤，平均是522瓦時/升，如果單體做到4瓦時，比能做到256是沒問題的。
聚合物，高電壓材料，都可以采用這種結構。（PPT）兩個公司的數據，能量不一樣，因為包裝輕量化，比能量可以做到200以上，還有一個是接近300瓦時/公斤，這些都是產品的數據。
磷酸鐵鋰，東芝做的不錯，國內也有廠家在嘗試，做成聚合電池以后，比能量是120瓦時/公斤，可以和一些磷酸鐵鋰電池，或者是說酸鋰電池有一定的競爭潛力。
除了比能量提升以外，還有一個就是如何降低成本，到2020年政府補貼就沒有了。降成本主要是兩個方面，一方面是靠電池本身技術，或者是材料成本，或者是制造成本的降低。另外，提升比能量，賣電池基本上是按瓦時或安時來算的，提升比能量可以把價格降下來。另外，怎么形成規模效應，打造產業鏈，或者是整個電池材料的循環領導，這些形成以后，可以在成本上有一定的下降空間?，F在有的可以做到0.6元瓦時/公斤，這樣的話就很有競爭力。
接下來簡單介紹一下研發方面的典型結果，應該說，下一代電池的研發在國內應該做的很多，而且體系大部分集中在鋰系列，鋼能鋰電池，還有固態電池，無論是在國家還是各個企業自己的計劃里面都在積極投資，還有鋰流電池，輕金屬空氣電池，納離子電池等等，這些新體系，哪些更接近，或者是將來應用的可能性，簡單介紹一下國內的研究狀態。
在國家專項的牽引下，300瓦時/公斤，肖教授已經介紹了，應該說取得一定的進展，它的材料組成，基本上正極是用鋼內（諧音）NCM811材料負極是用硅碳復合材料，或者是鹽酸亞硅碳復合材料，這些材料組成做的可以超過300瓦時/公斤，國內四家都在做。存在的問題，安全性還有隱患，循環壽命還不是特別理想，就這兩個問題。
中國特色的一個研究進展，也是在863項目的推動下，瞄準500瓦時/公斤的鋰離子電池體系，比方說北大的夏教授提出來的銀離子補償的富鋰錳基以及其他的富鋰材料，合金負極進行組合，有可能做到400瓦時/公斤，甚至可以沖擊500瓦時/公斤，這個研究值得關注，但也要關注應用的安全性問題，以及它的循環穩定性問題。
接下來第二部分介紹一下固態，無論是從安全性，還有壽命來說，都很有競爭力。（PPT）在歐美有很多初創的廠家在這方面進行產業化，在東亞，包括中日韓這三個國家投入或進行產業化的公司都在嘗試用聚合物體系，或者是無機的，或者是復合的，或者是混合狀態的，總固態的，都在做它們的產品開發，以及有一部分整車配套。國內典型的幾個例子，比方說原來以中科院寧波所為代表的做了硫化物，以及氧化物和聚合物的復合體系，進行了小規模的一些實驗室的實驗，后來把技術轉到干邦鋁業進行終實（諧音）。
針對固態電池的界面，穩定性，離子性抑制的研究，其中有兩條路線，一個是采用軟界面，用聚合物做電解質的構鍍，另一個是在線形成構鍍層，自動形成離子導電層，避免其他的處理。通過界面的材料選擇，通過正極、負極材料體系，至少在類似4伏的磷酸蒙鐵鋰材料是可以用的。我們自己的電池可以做出實驗室的樣品出來。
納離子電池，我們在討論納離子電池將來有沒有競爭力，鋰資源一直成為產業發展的瓶頸，雖然說回收利用可以解決一部分問題，畢竟儲量有限。納離子不存在資源的問題，納離子也是一個資源的選擇，比如說正極材料可以用一些呈裝的，也可以用離子材料。負極可以用各種碳材料，還有氧化物材料，除了石墨。對低成本化，或者是將來資源的問題，還是很好的一個選擇。其中成中化合物，我們舉了一個自己的結果，中科院物理所的過渡金氧化物，P2各0.6，碳1.4，以及通天錳（諧音）材料，有的可以超過100毫安時/克。林子反那（諧音）的材料，平臺電壓相對比較高，而且也不是循環穩定的。這是正極材料，負極材料，武安每（諧音）也是胡教授的一個結果，還有我們用軟碳材料，基本上可以做到260-370之間，生物制的材料也可以接近300毫安/克的能量。我們做成樣品電池，也可以很好的充放電，以及循環。還有物理所已經在推小規模的應用。
在鋰流或鋰空氣電池研究這一塊也有很好的結果，在這里就不多說了。將來會怎么樣？市場很重要，將來的市場到底會怎么發展？2025年之前，這個行業還是應該非常健康的會高速的發展，市場容量會越來越大，主要的拉動還是靠動力電池。
第二就是體系，針對儲能也好，或者是動力汽車，或者是物聯網的應用，可以有一些不同的材料體系的選擇，根據它的應用，電池體系也會不一樣。包括燃料電池會不會出來，跟國家產業的布局，這是幾起幾落的，會不會成為主流或應用，我們還是拭目以待。
對于產業來說，我們首先覺得這個技術進步在加快，固態電池的技術逐步產業化，但是這種體系一定是長期并存的。磷酸鐵鋰和三元材料誰是主流，一定是并存的。動力電池的應用還是主流，但是儲能，像物聯網的應用也會發展很快，預測目前是動力車，將來提供的方式會有一定的變化，包括配套的基礎設施能不能和無人駕駛相配合等等。應用還是比較寬的。
第三，鋰電池行業是高速發展的，尤其是這兩年國內擴張特別快，但是擔憂也特別大，因為很多公司應該說是不掙錢，應該說真正掙錢的沒有幾家。這個行業面臨很大的問題。低端產能的建設到底有沒有必要，前幾天在微信圈有人傳我們國家的鋰電產能已經到200GWh的規模。但是看行業的開工率不到35%，產能大大過剩。低端產能要淘汰，而且行業會做整合。
電池行業整個增長，鋰離子電池增長比較快。我們新的體系，包括300瓦時/公斤，或者是300瓦時/公斤以上的材料體系基本上算確定。固態電池應該說目前還是最熱的，而且我們通過計算，還是有超過500瓦時/公斤的理論潛力。更便宜的電池體系，納離子電池，以及其他的電池體系也可以關注。以上是我的報告，謝謝大家！
（根據速記整理，未經嘉賓審閱）
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