0由中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司、中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)、中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)汽車報(bào)社共同主辦，天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)特別支持，日本汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、德國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟、新能源汽車國(guó)家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟聯(lián)合協(xié)辦的第二十屆中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展（泰達(dá)）國(guó)際論壇（以下簡(jiǎn)稱“泰達(dá)汽車論壇”）于2024年8月29日至9月1日在天津?yàn)I海新區(qū)舉辦。本屆論壇以“風(fēng)雨同舟二十載 攜手并肩向未來”為年度主題，邀請(qǐng)重磅嘉賓展開深入研討。
在8月31日“開幕大會(huì)：壯闊二十，共赴新質(zhì)生產(chǎn)力涌動(dòng)下的產(chǎn)業(yè)未來”中，中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高發(fā)表了題為“中國(guó)動(dòng)力電池發(fā)展歷程、技術(shù)進(jìn)展與前景展望”的演講。
以下為演講實(shí)錄：
尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位行業(yè)同仁，大家上午好！
今天我來做一個(gè)關(guān)于動(dòng)力電池方面的報(bào)告，首先介紹一下，我們從2001-2021這二十年主要從事新能源汽車方面的研發(fā)，現(xiàn)在新能源汽車迄今為止實(shí)際解決的是動(dòng)力電動(dòng)化問題，動(dòng)力電動(dòng)化當(dāng)然可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，但這樣還不夠，我們發(fā)展新能源汽車的初心是能源安全、是環(huán)?？剂浚l(fā)展到今天，面臨如何再深入研究的問題，那么就需要能源綠色化，所以我們認(rèn)為新能源汽車是上－中一下三場(chǎng)，我們一般提上半場(chǎng)電動(dòng)化、下半場(chǎng)智能化，其實(shí)還有一個(gè)就是綠色化，如果我們沒有綠色化，我們還不能叫作100%的新能源汽車。因此，我們發(fā)展新能源汽車的根還在能源，還在綠色轉(zhuǎn)型，所以我們現(xiàn)在推進(jìn)新能源革命。因?yàn)?，只有?shí)現(xiàn)新能源革命，才能實(shí)現(xiàn)真正的新能源汽車，能源必須用綠電才有可能是真正的新能源汽車。
那么，大家就會(huì)覺得這個(gè)事情好像不是我們汽車界的事，和我們新能源汽車好像沒有什么太大關(guān)系，實(shí)際上關(guān)系緊密，新能源現(xiàn)在什么狀態(tài)呢？今年8月5日國(guó)家能源局發(fā)布上半年風(fēng)電光伏（清潔能源）發(fā)電量占全國(guó)總發(fā)電量比例20%，去年風(fēng)電光伏占比是16.8%，這半年提高好幾個(gè)百分點(diǎn)。去年全年非化石能源發(fā)電量占全部發(fā)電量的36%，今年估計(jì)會(huì)到40%。
當(dāng)然，這還有60%是化石能源，其中煤可能有50%多，還有百分之幾的天然氣。去年接近3億千瓦時(shí)的清潔能源發(fā)電量，今年又漲20%，會(huì)超3億，如果后7年每年3個(gè)多億，到2030年有多少呢？現(xiàn)在已經(jīng)過10億了，2030年會(huì)達(dá)到31億到35億，如果35億的風(fēng)電光伏發(fā)電量大概4.5萬億度，我們按照2030年發(fā)電13萬億計(jì)算，當(dāng)年也會(huì)達(dá)到35%。如果再加上水電、核電等等，就會(huì)達(dá)到55%以上。也就是說，2030年新能源會(huì)占主導(dǎo)地位，這個(gè)不是很長(zhǎng)遠(yuǎn)的事。我相信，2030年比我說的這個(gè)數(shù)可能還會(huì)更高。
所以，新能源不是問題，發(fā)展得已經(jīng)完備，現(xiàn)在關(guān)鍵是電網(wǎng)消納不了了。這個(gè)怎么辦？要靠我們新能源汽車，怎么靠？第一就是電池，大家知道我們現(xiàn)在的新型儲(chǔ)能96%是電池，所以電池不僅僅是新能源汽車，也是新能源消納主要儲(chǔ)能方式。
那么，將來如果新能源越來越多，現(xiàn)在的電池放電最長(zhǎng)10個(gè)小時(shí)，再長(zhǎng)了就不行了。更長(zhǎng)怎么辦？靠氫能。我們這么多年氫能燃料電池汽車的發(fā)展，實(shí)際上氫燃料電池汽車消納的能源只能占到氫能的不到20%，那么就是氫儲(chǔ)能，將來的煤電廠要用氫代替。所以長(zhǎng)周期靠氫能，中周期10個(gè)小時(shí)靠電池、電化學(xué)儲(chǔ)能電站，還有短周期靠什么呢？靠車網(wǎng)互動(dòng)，那就是智慧能源系統(tǒng)。
所以，我們新能源的發(fā)展都跟新能源汽車有關(guān)，它的長(zhǎng)周期儲(chǔ)能——?dú)淠埽兄芷趦?chǔ)能——電化學(xué)電站，短周期儲(chǔ)能——車網(wǎng)互動(dòng)，把我們所有的車都變成儲(chǔ)能裝置，形成虛擬電廠，車能路云一體化，這個(gè)事不會(huì)很遙遠(yuǎn)，2030年就會(huì)爆發(fā)。
我今天就講一下其中的電池部分，不光是為了汽車，也是為了儲(chǔ)能。
首先中國(guó)動(dòng)力電池的發(fā)展。我們這么多年來新能源汽車為什么會(huì)爆發(fā)式增長(zhǎng)？主要取決于鋰離子電池的技術(shù)突破，我們回顧一下歷程，我們動(dòng)力電池2000—2030年是一個(gè)完整的技術(shù)周期，第一個(gè)十年，動(dòng)力化開始落地，主要遇到的問題是安全，安全問題直到今天還沒有徹底解決，我是2010年由于燒車才進(jìn)入的電池研究，所以成立了電池安全研究實(shí)驗(yàn)室。第二個(gè)十年人工智能革命和智能電池，就是電池的全生命周期智能化，降本提效。2020年開始進(jìn)入第三個(gè)十年，到2030年重點(diǎn)就是材料體系創(chuàng)新，就是固態(tài)電池。
三個(gè)電池三個(gè)十年，研究的重點(diǎn)分別是安全電池、智能電池、固態(tài)電池，下面分別介紹這三個(gè)方面。
首先電動(dòng)電車的應(yīng)用引出的安全電池問題。電池安全首先面臨的就是熱失控，所謂熱失控就是各種誘因引發(fā)溫度上升，溫度上到一定的程度，溫度每秒鐘可以上升一千度，溫度控制不住了，這個(gè)叫作熱失控。一個(gè)電池?zé)崾Э刂螅僭陔姵匕锩鎮(zhèn)鞑ヂ?，最后?dǎo)致燃燒事故，就是這樣的過程。
我們研究就需要從材料、原子的角度，比如說同步輻射光源大科學(xué)裝置；而后從熱的角度研究，揭示熱失控過程的機(jī)理；然后再研究電池單體熱失控與抑制技術(shù)，比如說正極材料的包覆，高安全隔膜等等。
我重點(diǎn)講一下電解液，電解液為什么會(huì)有熱失控，一個(gè)很核心的原因就是正極材料失氧，氧氣和電解液中間的EC發(fā)生反應(yīng)。我們的研究是把EC去掉，叫作EC-Free，再進(jìn)一步做聚合，把電解液聚合形成一個(gè)聚合的網(wǎng)絡(luò)，把里面包起來，這樣就可以抑制熱失控，這種固液混合或者半固態(tài)，我們叫高安全電池，我們通過這個(gè)辦法把安全過關(guān)，所以這個(gè)就是第一步。
第二步是抑制蔓延，蔓延有一個(gè)很重要的原因是之前沒有發(fā)現(xiàn)的，就是“顆粒物誘導(dǎo)擊穿電弧”，一般電弧空氣電離是要很高的電壓，但是在我們這種電池情況下，出來了顆粒這個(gè)是很重要的發(fā)現(xiàn)，所以必須把這個(gè)問題解決，基于這個(gè)總結(jié)提出了電池系統(tǒng)熱失控的順序蔓延、亂序蔓延和同步蔓延三種特征模式。
在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行仿真，我們用氣-固兩相流模型對(duì)熱失控后過程進(jìn)行精準(zhǔn)模擬，進(jìn)而指導(dǎo)熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了抑制蔓延，原先主要做隔熱，但是會(huì)影響電池比能下降，現(xiàn)在我們提出隔熱+冷卻方法，可調(diào)節(jié)熱流，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高能量密度電池組熱蔓延抑制。除了隔熱還要加上吸熱，可以把這個(gè)問題解決。工信部5月份頒發(fā)新的電池安全要求就是要完全杜絕燃燒，在300瓦時(shí)/公斤以內(nèi)，目前的技術(shù)是完全可以做到的，主要是靠熱方面的加大冷卻、煙氣分離、避免絕緣被破壞引起電火花等實(shí)現(xiàn)，比如寧德時(shí)代做的麒麟電池其實(shí)就是把這些技術(shù)都集成在系統(tǒng)上了，所以它300瓦時(shí)/公斤、系統(tǒng)比能量255瓦時(shí)/公斤都可以做到，一千公里的電動(dòng)汽車都可以不燃燒，不需要固液混合就可以做到。
第二個(gè)問題，就是人工智能革命與智能電池。動(dòng)力電池需要智能化的電池管理，全生命周期智能化提速降本；另外，儲(chǔ)能電池越做越大，現(xiàn)在達(dá)到了600Ah，一個(gè)電池兩公斤，電池?cái)?shù)目減少，就把比能量做上去，但是這樣做上去安全、壽命、異質(zhì)性風(fēng)險(xiǎn)全都加大了，所以按照傳統(tǒng)的辦法這個(gè)不行的。所以，我們就需要往電池里面加芯片?，F(xiàn)在往儲(chǔ)能電池里面植入芯片、傳感器，全時(shí)監(jiān)控，所以這個(gè)就是發(fā)展智能電池的兩個(gè)背景。
首先是電池仿真與設(shè)計(jì)智能化。之前是試錯(cuò)法，后來叫仿真化，現(xiàn)在電池智能設(shè)計(jì)（BDA），電池智能設(shè)計(jì)技術(shù)可將電池研發(fā)效率提升1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，節(jié)省研發(fā)費(fèi)用70%~80%。主要是靠仿真技術(shù)和高效智能的循優(yōu)算法實(shí)現(xiàn)。
在智能仿真方面，我們現(xiàn)在的數(shù)字實(shí)驗(yàn)室融合多尺度表征－計(jì)算－分析－設(shè)計(jì)－發(fā)展技術(shù)，整合電池測(cè)試、優(yōu)化設(shè)計(jì)和AI建模方法，形成新材料、新設(shè)備和新系統(tǒng)的閉環(huán)研發(fā)系統(tǒng)。電池設(shè)計(jì)軟件工具鏈，覆蓋虛擬建模、短/長(zhǎng)期性能仿真、型號(hào)自動(dòng)設(shè)計(jì)，這個(gè)叫作人工智能，圖像處理完直接進(jìn)仿真軟件，仿真軟件直接預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)性能好方案選出來快速原型，所以整個(gè)鏈條都是智能化的。國(guó)內(nèi)像寧德時(shí)代已經(jīng)開始做了。
另外一個(gè)是電池智能制造，在智能裝備方面，現(xiàn)在開始疊片電池了，比如深圳吉陽(yáng)科技，現(xiàn)在已經(jīng)可以做到每分鐘疊600片，那么這個(gè)疊片節(jié)拍也是全球第一的。在電池制造工藝方面，工藝的前段、中段、后段工藝都要進(jìn)行智能化，尤其是產(chǎn)線大數(shù)據(jù)，比如說分容是非常費(fèi)勁的，費(fèi)時(shí)、費(fèi)空間，現(xiàn)在通過智能預(yù)測(cè)可以把分容減少一半，可節(jié)約45%分容時(shí)間、電費(fèi)、設(shè)備、場(chǎng)地，所以產(chǎn)線大數(shù)據(jù)也可以使得這個(gè)缺陷電池不要流入產(chǎn)品中間去。
在電池智能管理方面，我們之前叫作BMS，電池管理系統(tǒng)那是初級(jí)的，現(xiàn)在智能電池管理系統(tǒng)，最核心的就是用大模型，大模型電池監(jiān)控。安全監(jiān)控、狀態(tài)估計(jì)都用大模型，那么這個(gè)已經(jīng)落地的很多，北京深科能源建立了全球第一個(gè)電池大模型，做電池安全監(jiān)控。
在電池智能化方面，電池智能化有很多方面，我只講一個(gè)，電池智能化最難的是想知道電位，電位很重要，比如說快充，負(fù)極電位太低了，必須再加一個(gè)電極，就是第三個(gè)電極。我們電池管理把整個(gè)電池分成了兩個(gè)半電池管理，這樣更深入電池內(nèi)部，但是這件事很難的，現(xiàn)在的隔膜變成傳感器，這種智能隔膜，我們探索了很久，開發(fā)了智能膜電極（隔膜－參比電極一體化方案），基于長(zhǎng)壽命活性材料和多孔薄膜基底，智能隔膜有望實(shí)現(xiàn)全生命周期負(fù)極電位監(jiān)測(cè)，已經(jīng)可以做到六千個(gè)小時(shí)，已經(jīng)可以實(shí)用化了。這個(gè)已經(jīng)植入到現(xiàn)在的電池里面了，已和多家廠家合作，換成有芯片的，配套無線BMS使用。
第三個(gè)問題是固態(tài)電池。我認(rèn)為分三步，首先重點(diǎn)攻關(guān)固態(tài)電解質(zhì)，第二步重點(diǎn)攻關(guān)高容量復(fù)合負(fù)極，第三步重點(diǎn)攻關(guān)高容量復(fù)合正極。
首先是固態(tài)電解質(zhì)。2025年以200Wh/kg和400Wh/L為目標(biāo)，打通全固態(tài)電池技術(shù)鏈，三元和石墨正負(fù)極基本不變，確立主體電解質(zhì)；2030年以300Wh/kg和600Wh/L為目標(biāo)，特種商用車應(yīng)用為主要場(chǎng)景，三元和硅碳正負(fù)極，優(yōu)化固態(tài)電解質(zhì)體系（主體電解質(zhì)+補(bǔ)充電解質(zhì)），實(shí)現(xiàn)在電池層面大于4C的倍率性能和5000的循環(huán)壽命。
經(jīng)過現(xiàn)在的發(fā)展，固態(tài)電解質(zhì)的主流方向還是硫化物固體電解質(zhì)，現(xiàn)在硫化物電解質(zhì)本身的問題大部分解決，包括工藝、安全。但不是說固態(tài)電解質(zhì)電池就安全了，不是所有的固態(tài)電解質(zhì)都安全，重點(diǎn)在研究固－固反應(yīng)，這種反應(yīng)可以比氣－固反應(yīng)的安全性能提升一倍，可以說，三元電池安全性提升到磷酸鐵鋰電池這個(gè)完全可以做到的。
第二步就攻關(guān)復(fù)合負(fù)極。2030年以400Wh/kg和800Wh/L為目標(biāo)，高性能乘用車應(yīng)用為主要場(chǎng)景，進(jìn)一步發(fā)展高比容量高硅基負(fù)極，實(shí)現(xiàn)在電池層面大于3C的倍率性能和1500的循環(huán)壽命；
2035年以500Wh/kg和1000Wh/L為目標(biāo)，進(jìn)一步發(fā)展高比容量鋰金屬負(fù)極（鋰金屬載體或功能層）。
現(xiàn)在整個(gè)電池行業(yè)最核心的技術(shù)變革就是硅碳負(fù)極，這個(gè)不光是全國(guó)在用，也是整個(gè)鋰離子電池行業(yè)、手機(jī)行業(yè)首先采用了。但是硅負(fù)極膨脹太厲害了，我們要解決這個(gè)問題，因此我們創(chuàng)新地提出了一步法制備硅碳負(fù)極技術(shù)，該技術(shù)具有低成本、低能耗和低碳化等優(yōu)點(diǎn)，硅碳負(fù)極材料可達(dá)到高比容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命和高首次庫(kù)倫效率的目標(biāo)。
硅基負(fù)極現(xiàn)在國(guó)內(nèi)兩條技術(shù)路線，大部分技術(shù)路線都是由美國(guó)主導(dǎo)的硅烷氣，在多孔炭上化學(xué)器上成集，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)大多在學(xué)這個(gè)。我們采用另外一個(gè)技術(shù)路線，采用高鋰離子導(dǎo)率、低電子導(dǎo)率的材料作為界面修飾材料，提高硅碳負(fù)極材料和硫化物電解質(zhì)的界面穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)硅碳負(fù)極材料優(yōu)異的循環(huán)性能。我們這個(gè)技術(shù)路線現(xiàn)在可以穩(wěn)定性更好，容量相當(dāng)，同時(shí)成本大幅下降。
第三步是復(fù)合正極。2035年以500Wh/kg和1000Wh/L為目標(biāo)，進(jìn)一步發(fā)展高電壓高比容量富鋰正極；2040年以700Wh/kg為目標(biāo)，發(fā)展鋰硫和鋰空氣電池。
正極現(xiàn)在聽說有700瓦時(shí)以上的電池，我認(rèn)為至少汽車是不能使用的，現(xiàn)在還不可能。我們最后的正極可能是往鋰-硫電池、鋰-空氣電池這樣的方向去提升，用在我們轎車上每公斤700瓦時(shí)，我個(gè)人認(rèn)為如果大規(guī)模生產(chǎn)的話，這個(gè)需要十年的努力，2024年由我牽頭成立的中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)，正在推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的創(chuàng)新。
最后我做一下前景展望。首先，鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)變革進(jìn)程會(huì)長(zhǎng)期持續(xù)，但是對(duì)于中國(guó)來講，高比能全固態(tài)電池與低成本、長(zhǎng)壽命鋰離子電池對(duì)中國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)同等重要，要雙輪驅(qū)動(dòng)。
其次，節(jié)能減排。從電池回收再生方面看，物理回收減排超過50%；濕法回收減排32%；火法回收減排3.5%。此外，這里有一個(gè)如果按照中國(guó)2050年計(jì)劃，排放需減少75%，要做到這一點(diǎn)，那就是發(fā)展綠電，用綠電實(shí)現(xiàn)零排放。2030年電力結(jié)構(gòu)背景下碳排放降低12%；2050年電網(wǎng)深度脫碳背景下碳排放降低75%；100%綠電結(jié)合電能替代化石過程燃料，可以實(shí)現(xiàn)電池生產(chǎn)制造全生命周期近零排放。
最后，我們?yōu)榱艘镁G電，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)向可再生能源豐富的西部地區(qū)轉(zhuǎn)移將是中國(guó)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要選擇。在汽車制造領(lǐng)域，從制造用能方面，可通過將動(dòng)力電池產(chǎn)能從可再生能源資源缺乏的東南沿海地區(qū)轉(zhuǎn)向可再生能源資源較豐富的西北地區(qū)，或通過分布式太陽(yáng)能、風(fēng)能等形式來促進(jìn)制造端減排；在制造用材方面，則可通過利用碳纖維材料等方式，促進(jìn)汽車的輕量化，降低汽車用能，從而促進(jìn)碳減排，增加碳匯。
以上是我今天主要匯報(bào)內(nèi)容，謝謝各位！
