2015年10月14-15日，由清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院物理研究所主辦，北京新材料發(fā)展中心、《新材料產(chǎn)業(yè)》雜志社承辦的第十屆北京動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展國(guó)際論壇在北京裕龍國(guó)際酒店成功召開。

此次論壇以“高能量密度鋰離子電池材料體系與全固態(tài)鋰離子電池技術(shù)”為主題，共吸引了來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、日本、英國(guó)、韓國(guó)等全球知名的鋰離子電池領(lǐng)域全球業(yè)內(nèi)相關(guān)政府部門、專家、企業(yè)家、投資機(jī)構(gòu)、媒體等500余名代表，共同探討了高容量動(dòng)力鋰離子電池材料體系、動(dòng)力汽車安全性設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)，以及下一代鋰離子電池技術(shù)等的最新動(dòng)態(tài)。

戰(zhàn)略支撐與保障

動(dòng)力電池是發(fā)展新能源汽車的關(guān)鍵。近年來(lái)，我國(guó)政府加大力度，培養(yǎng)和發(fā)展新能源汽車產(chǎn)品，今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)新能源汽車將保持持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，動(dòng)力電池面臨難得的發(fā)展機(jī)遇。在會(huì)上，來(lái)自業(yè)內(nèi)的專家對(duì)中國(guó)汽車動(dòng)力電池發(fā)展路線圖（簡(jiǎn)稱“路線圖”）進(jìn)行了介紹。路線圖由中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)主持，依托國(guó)聯(lián)汽車動(dòng)力電池研究院聯(lián)合行業(yè)企業(yè)、高校、研究機(jī)構(gòu)專家編訂的中國(guó)汽車動(dòng)力電池發(fā)展路線圖形成初稿。

路線圖內(nèi)容包括實(shí)施“鋰電升級(jí)工程”，能量型動(dòng)力電池系統(tǒng)比能量達(dá)到250Wh/kg，成本下降至1.0元/Wh；動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化制造，產(chǎn)品性能、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性大幅提升，400km純電動(dòng)車使用經(jīng)濟(jì)性與傳統(tǒng)汽油車基本相當(dāng)。目標(biāo)到2020年，動(dòng)力電池技術(shù)升級(jí)階段，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化示范，將成為相對(duì)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)方向，關(guān)鍵包括核心材料、電池、系統(tǒng)等，涉及到的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括高容量/高電壓正極材料、高容量負(fù)極材料、新型電解液、隔膜材料、動(dòng)力電池、電池系統(tǒng)，電池單體比能量達(dá)到350Wh/kg為目標(biāo)，材料、單體、系統(tǒng)、動(dòng)力電池裝備制造的全產(chǎn)業(yè)鏈和高校、研發(fā)機(jī)構(gòu)、企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新鏈協(xié)同推進(jìn)，突破關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工程化和產(chǎn)業(yè)化。至2025年，動(dòng)力電池發(fā)展階段。動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展與國(guó)際先進(jìn)水平接軌，形成2～3家具有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大型集團(tuán)公司，市場(chǎng)占有率80%，國(guó)際市場(chǎng)占有率30%，純電動(dòng)車步入普及及應(yīng)用的發(fā)展階段。至2030年，動(dòng)力電池發(fā)展成熟階段。能量型動(dòng)力電池比能力達(dá)到500Wh/kg以上，成本下降至0.5元/Wh；產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于國(guó)際領(lǐng)先水平，純電動(dòng)汽車具有與傳統(tǒng)燃油車相當(dāng)?shù)男旭偩嚯x，經(jīng)濟(jì)性具有競(jìng)爭(zhēng)力。

“十三五”規(guī)劃儲(chǔ)能技術(shù)未來(lái)目標(biāo)是掌握百兆瓦級(jí)大規(guī)模電池儲(chǔ)能電站集成、管理及安全防護(hù)技術(shù)，掌握梯次利用電池安全評(píng)估和重組技術(shù)，支撐10MW級(jí)梯次利用電池儲(chǔ)能站的示范運(yùn)行。100MW級(jí)鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)主要是使用壽命、循環(huán)次數(shù)、電芯成本。未來(lái)主要研發(fā)新型儲(chǔ)能器件，主要掌握新型儲(chǔ)能技術(shù)中關(guān)鍵材料設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，探索研究和篩選適合智能電網(wǎng)各類應(yīng)用的新型儲(chǔ)能技術(shù)，例如下一代鋰離子電池、固態(tài)電池、半固態(tài)電池、鋰硫電池、液態(tài)金屬電池、多價(jià)金屬電池、混合電化學(xué)超級(jí)電容器、鋰離子電容器、水系離子電池、飛輪、超臨界二氧化碳儲(chǔ)能等。

儲(chǔ)能技術(shù)追國(guó)際

據(jù)中國(guó)電力科學(xué)研究院電工與新材料研究所所長(zhǎng)來(lái)小康介紹，儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展是保障清潔能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。儲(chǔ)能技術(shù)可以在電力系統(tǒng)中增加電能存儲(chǔ)環(huán)節(jié)，使得電力實(shí)時(shí)平衡的“剛性”電力系統(tǒng)變得更加“柔性”，特別是大規(guī)模清潔能源發(fā)電接入電網(wǎng)帶來(lái)的波動(dòng)性，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性。

我國(guó)大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域的規(guī)劃思路是在3個(gè)方向進(jìn)行布局：大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)和國(guó)際水平并跑；先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)和國(guó)際水平跟跑；新型儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)和國(guó)際水平跟跑。

大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用方面：百M(fèi)W級(jí)以上的大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)集成、管理、狀態(tài)評(píng)估與安全防護(hù)技術(shù)；梯次利用電池的退化特性關(guān)鍵參量、表征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)辦法、重組技術(shù)、應(yīng)用適用性。目標(biāo)是掌握百兆瓦級(jí)大規(guī)模電池儲(chǔ)能電站集成、管理及安全防護(hù)技術(shù)；掌握梯次利用電池安全評(píng)估和重組技術(shù)，支撐10 MW級(jí)梯次利用電池儲(chǔ)能站的示范運(yùn)行。

先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)方面：研究適合大規(guī)模儲(chǔ)能的鋰離子電池等儲(chǔ)能技術(shù)；研究提升儲(chǔ)能單元使用壽命、能量轉(zhuǎn)換效率、能量密度、安全性能的關(guān)鍵材料及創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，研究降低儲(chǔ)能成本的關(guān)鍵技術(shù)；研究?jī)?chǔ)能單元與模塊的典型失效機(jī)制及分析技術(shù)。目標(biāo)突破100 MW級(jí)鋰離子電池等儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)；相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)水平，顯著降低儲(chǔ)能系統(tǒng)成本；建立大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)安全及失效分析的方法。能夠?qū)?chǔ)能單元及模塊在工況下的安全隱患進(jìn)行預(yù)警。

新型儲(chǔ)能器件研發(fā)方面：儲(chǔ)能技術(shù)的共性基礎(chǔ)科學(xué)問題研究，包括儲(chǔ)能新原理、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、失效機(jī)制、關(guān)鍵材料匹配等。探索研究和篩選適合智能電網(wǎng)各類應(yīng)用的新型儲(chǔ)能技術(shù)，例如下一代鋰離子電池、固態(tài)電池、半固態(tài)電池、鋰硫電池、鈉基電池、鈉離子電池、液態(tài)金屬電池、多價(jià)金屬電池、混合電化學(xué)超級(jí)電容器、鋰離子電容器、水系離子電池、飛輪、超臨界二氧化碳儲(chǔ)能等。掌握新型儲(chǔ)能技術(shù)中關(guān)鍵材料設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，掌握儲(chǔ)能器件服役過(guò)程中性能演化行為及其演化機(jī)理。新型儲(chǔ)能器件關(guān)鍵性能如能量密度、功率密度、能量效率、循環(huán)壽命、成本、安全性等顯著超越現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)。

提前布局占市場(chǎng)

中日韓鋰電池國(guó)際市場(chǎng)定位：韓國(guó)第1，日本第2，中國(guó)第3。韓國(guó)的技術(shù)水平略低于日本，借助大財(cái)團(tuán)優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)業(yè)集中度高，近年又在中國(guó)建廠，不但降低生產(chǎn)成本，也有助于搶奪中國(guó)市場(chǎng)。日本技術(shù)實(shí)力雄厚，自動(dòng)化程度高，但產(chǎn)品跟隨市場(chǎng)的速度慢，成本始終居高不下。中國(guó)企業(yè)的技術(shù)水平低，產(chǎn)業(yè)集中度低，追趕世界潮流，核心技術(shù)落后于日韓。如何改變韓日中的市場(chǎng)格局？變道超車，提前布局全固態(tài)鋰電池。

全固態(tài)鋰電池在提高能量密度、避免安全事故、延長(zhǎng)使用壽命等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。負(fù)極材料為金屬鋰，難點(diǎn)在金屬鋰表面保護(hù)、防止鋰枝晶生長(zhǎng)，正極材料可不含鋰但能儲(chǔ)存大量鋰，難點(diǎn)在脫嵌鋰后零應(yīng)變。鋰硫電池反應(yīng)中間產(chǎn)物L(fēng)i2Sx溶于電解液中，由于穿梭效應(yīng)，到達(dá)金屬鋰負(fù)極使之失去活性，解決方案是采用固體電解質(zhì)。鋰空電池是開放體系，而金屬鋰易與環(huán)境中水和二氧化碳反應(yīng)，失去活性，解決方案是采用固體電解質(zhì)。鋰硫和鋰空電池的鋰負(fù)極在充放電循環(huán)中都容易出現(xiàn)鋰枝晶，解決方案是采用固體電解質(zhì)。固體電解質(zhì)為聚合物和無(wú)機(jī)離子導(dǎo)體及其復(fù)合材料，難點(diǎn)在納米材料合成和復(fù)合材料制備，界面問題，解決界面問題對(duì)獲得優(yōu)質(zhì)全固態(tài)鋰電池至關(guān)重要。

材料研究是關(guān)鍵

鋰二次電池發(fā)展中所面臨的主要問題均和材料相關(guān)，包括比能量能否達(dá)到或超過(guò)300Wh/kg，安全性能否得到保證，性價(jià)比能夠進(jìn)一步提高。到2020年，鋰二次電池的發(fā)展路線為：鋰離子電池、鋰硫電池、固態(tài)化電池、全固態(tài)電池。

現(xiàn)代制造技術(shù)和信息技術(shù)不斷融合和發(fā)展，制造業(yè)轉(zhuǎn)型，工業(yè)4.0時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，涉及鋰離子電池相關(guān)技術(shù)復(fù)雜，鋰離子電池本身是一種多物理場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括：化工、電子、力學(xué)、機(jī)械、流體力學(xué)、熱學(xué)等，鋰電制造質(zhì)量影響復(fù)雜且繁多，溫度、濕度、壓力、真空、電力、人等等，這些特點(diǎn)決定了鋰電生產(chǎn)盡可能少人、自動(dòng)化、可追索。

關(guān)鍵材料加快研制高容量/高電壓正極材料、高容量負(fù)極材料、新型電解液、隔膜材料、當(dāng)前重點(diǎn)突破富鋰錳基固溶體正極材料、硅碳復(fù)合材料，5V電解液及其工程化和產(chǎn)業(yè)化工藝，裝備，提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，新型鋰離子電池加快研制新一代鋰離子電池，突破電池設(shè)計(jì)、納米漿料制備、厚膜電極制備、涂層電極、電池化等關(guān)鍵技術(shù)、開發(fā)工程化的關(guān)鍵工藝、裝備、提高電池功率特性、壽命、安全性和可靠性、降低成本。與會(huì)專家認(rèn)為，至2018年電池比能量達(dá)到300Wh/kg，循環(huán)壽命1 000次，至2020年達(dá)到350Wh/kg，成本下降至0.8元/Wh。其中在材料發(fā)展規(guī)劃中，專家認(rèn)為，以硅碳復(fù)合材料為重點(diǎn)，硅材料主要包括硅碳復(fù)合材料、硅金屬合金材料硅氧化物材料等，能夠改善硅材料體積膨脹的所帶來(lái)的結(jié)構(gòu)、表面穩(wěn)定性問題。提高電池功率特性、溫度特征、耐久性、安全性電解液以高壓和高安全為主要發(fā)展方向高電壓電解液，高容量負(fù)極材料還包括金屬合金材料（如Sn基合金）、過(guò)渡金屬氧化物材料等。其中主要發(fā)展高分解電壓有機(jī)溶劑、新型鋰鹽和新型成膜添加劑，新型電解液包括濃溶液電解液、離子液體、阻燃和不燃電解液、郵寄聚合物電解液等。隔膜材料熔點(diǎn)和隔膜的閉孔溫度達(dá)到200℃以上，除進(jìn)一步推廣應(yīng)用陶瓷涂層、有機(jī)涂層的聚烯烴類隔膜外，還包括高熔點(diǎn)有機(jī)聚合物隔膜材料、有機(jī)隔膜材料等的研發(fā)及應(yīng)用。

以下一代動(dòng)力電池為動(dòng)力電池發(fā)展和電池產(chǎn)業(yè)升級(jí)的主要戰(zhàn)略取向，當(dāng)前重點(diǎn)推進(jìn)新型鋰離子電池的工程化和產(chǎn)業(yè)化；加強(qiáng)新體系電池基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)，推廣普及以三元材料為正極的鋰離子電池在新能源汽車中應(yīng)用；全面提高我國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平。