中科院工業(yè)技術(shù)研究院專家黃學(xué)杰就《高性能儲(chǔ)能電池技術(shù)研究 》發(fā)表演講，以下為演講實(shí)錄：

今年已經(jīng)是我做鋰電池研究的第三十個(gè)年頭，因?yàn)殡姵厥怯泻芏喾N，儲(chǔ)能也有很多種，電化儲(chǔ)能是其中的一種，鋰離子電池又是電化儲(chǔ)能的一種，不同的鋰離子應(yīng)該有不同的正極和負(fù)極，今天重點(diǎn)講一講磷酸鐵鋰。

磷酸鐵鋰的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)超過二十年了，二十年前磷酸鐵鋰的發(fā)明人Michel教授現(xiàn)在仍然在工作，但是磷酸鐵鋰不導(dǎo)電，老同志和小同志都能夠創(chuàng)新，所以這是不一而足的。解讀磷酸鐵鋰的納米化包碳的問題，可惜沒有拿到諾貝爾獎(jiǎng)。這個(gè)不僅僅是基礎(chǔ)的創(chuàng)新，也會(huì)做產(chǎn)業(yè)化。磷酸鐵鋰的包碳專利是1999年在夏威夷的電化會(huì)議上公布的，接著創(chuàng)辦了磷酸鐵鋰的第一個(gè)公司，把磷酸鐵鋰推向了產(chǎn)業(yè)化，確實(shí)是為行業(yè)做出了基本的貢獻(xiàn)。

為什么要做磷酸鐵鋰?這是全球有名的中溫電池的公司，現(xiàn)在最高端的就是ACL，現(xiàn)在特斯拉也是用ACL，最長壽命的電池就是磷酸鐵鋰，真正的特點(diǎn)是把它放在高溫的情況下，或者一整年的時(shí)間擱置，它的內(nèi)組都不會(huì)太變化，所以這個(gè)是屬于功率型的核件。石景山電廠為什么要用這種磷酸鐵鋰的功率型電池?因?yàn)檫@是聯(lián)合調(diào)頻，所以要求功率特性很好。

十年前是在120W/時(shí)/公斤，特性非常之好。中國的電池水平怎么樣?這是2008年法國的電力公司EDF在全球評(píng)估電池，包括中國的6家，壽命最長的是40W/時(shí)的電池，100%的SOC，1小時(shí)充1小時(shí)放，這個(gè)做了多少次呢?超過了6000次，還有80%，這樣就是在45度也有不錯(cuò)的表現(xiàn)，如果是35-45度的話很快就沒有了，不要指望4000-5000次的情況。

有了這樣的電池要干什么呢?首先就是電動(dòng)車，都說中國電池的一致性不好，其實(shí)是因?yàn)闆]有做好。法國正好是在招兩個(gè)標(biāo)：一個(gè)標(biāo)是巴黎地區(qū)的固態(tài)電池的標(biāo)，剛開始是2000臺(tái)，因?yàn)橛行┧饺速徺I，最后是做了2280臺(tái)，選來選去，到了2010年的時(shí)候選定了蘇州新城。這個(gè)車最長的已經(jīng)跑了7年，跑了20萬公里以上。每次充電就是1000多公里，相當(dāng)于跑了3000次。這是最長的是滿7年的，普遍的容量是83%-90%，沒有任何一臺(tái)低于83%，所以這就證明了中國的電池好好做的話也可以做得很好。

電池做得好接著怎么辦?還有很多裝備是進(jìn)口的，現(xiàn)在要用國產(chǎn)的裝備產(chǎn)業(yè)才能做起來，所以鐘秘書長邀請(qǐng)我，我很高興，廣東的秘書長我一定要支持，因?yàn)橹锌圃涸趶V州就建立了一個(gè)動(dòng)力電池制造技術(shù)的創(chuàng)新基地，因?yàn)檫^去我們的材料要從國外買，后來材料國產(chǎn)化了，中國的設(shè)備也開始走到歐洲去了，就在廣州的南沙國家級(jí)高新區(qū)建了一個(gè)動(dòng)力電池工藝技術(shù)的服務(wù)平臺(tái)，物理所是材料和電池技術(shù)，沈陽自動(dòng)化所是做機(jī)器人的研究所，還有一些軟件所。工業(yè)化設(shè)備就在這里被開發(fā)出來，然后又被提升，這是幾十米的設(shè)備，不是實(shí)驗(yàn)室里面擺在桌子上的設(shè)備。

這些設(shè)備不僅是滿足了自己產(chǎn)業(yè)的需求，中國有了電池大型生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)入了日本的松下公司，也就是說我們的設(shè)備已經(jīng)開始反向進(jìn)入人家的企業(yè)。接著我們推動(dòng)了純綠色的制造工藝，針對(duì)這樣的電池，過去主要是要用一種LNP，也是比較復(fù)雜的，這種有機(jī)溶劑對(duì)人體有比較大的危害，不僅是貴，關(guān)鍵是工廠要投資到回收系統(tǒng)，還有工廠配合去做這種集成處理。歐洲地區(qū)是不允許這樣的溶劑用于工業(yè)生產(chǎn)，所以這也就是在歐洲到現(xiàn)在為止為什么沒有一個(gè)規(guī)模的電池廠，不是說歐洲人不會(huì)干，因?yàn)榉ㄒ?guī)上規(guī)定的，某些污染的、有毒的工業(yè)溶劑不可以大規(guī)模地用于工業(yè)生產(chǎn)，今天這類企業(yè)解決了這個(gè)問題，德國本土的也開始解決了這種問題，所以德國的第一個(gè)生產(chǎn)工廠先也在建設(shè)。

高精度的機(jī)器噴頭，不僅是在中國的企業(yè)，日資的企業(yè)已經(jīng)開始做起來了。今天電池最怕什么?短路是因?yàn)檎?fù)極片是帶著能量的，靠的是十幾個(gè)微米的隔膜，手機(jī)可以達(dá)到8微米，這樣機(jī)械切割的難度越來越大，第一臺(tái)激光切片機(jī)在被開發(fā)出來，不僅是推廣到企業(yè)，而且支持了創(chuàng)業(yè)的公司，然后從行業(yè)來提供。無論是手機(jī)電池或者汽車電池，拆開來看正負(fù)極都在一頭，然后把電流引出來，最大的問題就是流產(chǎn)和熱產(chǎn)都不增容，新的結(jié)構(gòu)開發(fā)出來，正極就是鋁箔，整個(gè)和外科一起構(gòu)成了導(dǎo)電體，這樣正極就會(huì)引出來。這樣做出來的電池在大電流下工作，為什么要工廠重用?因?yàn)殡姵匦枰黄鸪隽?，接著就是自?dòng)化的設(shè)備在企業(yè)推廣開來示范運(yùn)行。

現(xiàn)在江西南昌就有了第一條完全依賴中國設(shè)備的新型結(jié)構(gòu)大電池，還有非接觸式生產(chǎn)，沒有一只手可以去摸這個(gè)電池，所以今天比能量得到了進(jìn)一步的提升。接下來是兩個(gè)方向開始得到應(yīng)用：一個(gè)方向是電動(dòng)車輛上，就是加州的波特威爾市，這種公交車的大客車在示范運(yùn)行，也是員工通行的班車。一個(gè)車子上的電池就是450千瓦時(shí)，要比國內(nèi)的大一些，國內(nèi)現(xiàn)在由于補(bǔ)貼政策的原因，一般的公交車就是100多度，不超過200千瓦時(shí)，因?yàn)樗囊罄锍虝?huì)更長一些。歐洲的儲(chǔ)能應(yīng)用為什么要算磷酸鐵鋰?現(xiàn)在和三元電池比同樣尺寸的集裝箱立柜，同樣的長寬高能夠多放40%的能量，正在歐盟的兩個(gè)方向推廣：一個(gè)方向是集裝箱用于固定式的儲(chǔ)能，另一個(gè)是用在船上面，可以直接調(diào)過去開這個(gè)船，沒有的時(shí)候到了岸邊把集裝箱吊起來，換成一個(gè)充滿電的集裝箱上去，這個(gè)是在推廣當(dāng)中。

新的技術(shù)在不斷進(jìn)步，即使是磷酸鐵鋰能量可以作為突破，200瓦/時(shí)/公斤，新的電池會(huì)更高。這個(gè)其中有一個(gè)替代，就是負(fù)極的石墨，但是有一個(gè)問題，不能在零下幾十度的時(shí)候充電，不能在低溫條件下充電，快速充電會(huì)受到影響。實(shí)際上對(duì)石墨的替代我們是二十年前就開始了，我在1998年發(fā)布的第一期就解釋了一個(gè)機(jī)理，但是日本人提出氧化物能夠儲(chǔ)藏很多的鋰，我去了以后就知道了這個(gè)消息，拿回來以后看到可以合金化就很好辦，我們就按照程序來做。到了去年我們解決了一個(gè)問題，這一類的合金能夠快速充電，因?yàn)榻柚谶@種納米的技術(shù)可以把它滿足低溫下面的充電，這個(gè)是指室溫下面的快速充電，低溫也有很好的充電性能。

大家都在講硅碳，硅碳這個(gè)概念是哪一年提出的呢?是我們1997年的專利，所以正好也是二十年，專利都過期了，但是這件事情現(xiàn)在還在做。當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)納米硅能夠拿來跟鋰合金，碳加進(jìn)去壽命就是提高，所以提出了硅碳的概念。二十年就在挑戰(zhàn)一個(gè)問題，因?yàn)楣杼加泻芨叩娜萘?，但是硅的體積變化非常之大，儲(chǔ)存進(jìn)去就膨脹了，拿走就脫落了，體積就收縮了，所以壽命就沒有了。斗爭了二十年以后，我們突然發(fā)現(xiàn)硅碳不能解決問題，表面上解決了材料的不脫落，實(shí)際上它的內(nèi)部繼續(xù)破裂。

到了2011年，我們把這個(gè)問題解決了，今天在工業(yè)上開始走起來了，硅碳負(fù)極碰到了問題以后不斷破裂，仍然達(dá)不到100%的效率，所以電池的壽命不能保障，今天重溫也是從硅碳走向無碳合金負(fù)極，所以現(xiàn)在是快速地發(fā)展。有了這些發(fā)展，我們可以看到磷酸鐵鋰電池是在快速提升，接著會(huì)超越今天的水平。比如電池包的比能量，實(shí)事求是地講，現(xiàn)在即使是特斯拉，國內(nèi)最高的比例是150，轎車上會(huì)有更高的要求。

我們對(duì)轎車有清晰的路線圖，要到2020年的時(shí)候解決300瓦/時(shí)/公斤，就是一半的價(jià)格，這個(gè)事情已經(jīng)很明確了，所以針對(duì)乘用車來講硅碳會(huì)變成合金，過去我們想的從硅到硅碳都是演變的過程，我們一點(diǎn)一點(diǎn)地努力可以做到，努力到一定時(shí)候就會(huì)碰到障礙。高裂會(huì)直接走向高壓，硅碳就會(huì)走向無碳合金，整個(gè)這件事情就會(huì)走起來。未來會(huì)為電動(dòng)汽車的乘用車行駛里程倍增，今天電池包的比能量要從2018年達(dá)到200，工信部的路線圖是到2020年達(dá)到260，也就是說里程會(huì)增加1倍，電池的每瓦時(shí)的價(jià)格會(huì)下降50%。這些都會(huì)是現(xiàn)實(shí)，因?yàn)檠a(bǔ)貼馬上就沒有了，沒有補(bǔ)貼的時(shí)候什么電池才能車輛的進(jìn)步?新的技術(shù)是在快速走出實(shí)驗(yàn)室，無論是儲(chǔ)能這條線還是電動(dòng)汽車這條線都會(huì)在未來的幾年有這種演變。

科研上也得到了極大的支持，現(xiàn)在正在懷柔建一個(gè)北京清潔能源材料測試診斷與研發(fā)平臺(tái)，其中5個(gè)億的投入一多半都是鋰電池的研發(fā)上面，而且這個(gè)測試平臺(tái)是對(duì)全行業(yè)開放的，歡迎大家一起參與。這個(gè)項(xiàng)目有屋頂上的太陽能板，還有儲(chǔ)能柜的項(xiàng)目，是為前行業(yè)提供服務(wù)五?，F(xiàn)在已經(jīng)是作為科研專項(xiàng)支持了一部分，正在做全行業(yè)的分析。蔡書記覺得做得不錯(cuò)，北京市在科創(chuàng)中心又做了一塊。物理所現(xiàn)在的平臺(tái)都是對(duì)全社會(huì)開放的，包括整車企業(yè)、電池企業(yè)、材料企業(yè)、研究單位，有些現(xiàn)在已經(jīng)開始使用這些設(shè)備來做這種分子水平的分析，甚至是原子水平的分析，懷柔的基地明年下半年開始投入使用以后會(huì)有更多的機(jī)會(huì)和大家去做。