李泓 中科院物理所研究員，衛藍新能源首席科學家

尊敬的各位領導，各位嘉賓，大家好。我是中國科學院物理研究所的李泓，非常榮幸能在第七屆中國制造強國論壇，新能源汽車與智能網聯汽車論壇上作報告。今天跟大家交流分享的內容是融合發展的動力與儲能電池技術。我的報告分成三個部分，首先是背景介紹，接下來介紹固態電池技術體系，最后分享對動力儲能電池發展路線圖的看法。

眾所周知，先進電池在各個領域都是非常重要的基礎支撐技術，特別是對于交通運輸、清潔能源、國家安全、工業制造等各領域起著關鍵的支撐作用，也是實現和推動電動中國雙碳目標實現的關鍵技術。

【資料圖】

在國家能源中長期科技規劃中，我們已經明確了七大能源發展方向，包括煤炭、可再生能源、核能、智能電網、儲能、氫能和能源消費，其中儲能和氫能是第一次列入了能源中長期科技規劃。通過7個能源方向的發展，希望能實現清潔低碳、安全高效的戰略目標。總體來說，發展可再生能源，發展規模儲能技術，發展電動汽車和智能電網技術，是優化我國能源結構、保障能源安全、發展以新能源為主體的新型電力系統的國家戰略，也是實現2030碳達峰，2060碳中和的主要技術路徑。

各種儲能技術可以分為三大類，包括儲能時長小于30分鐘的短時高頻儲能技術，儲能時長在4個小時以內的中短時長儲能技術，以及超過4個小時單次儲能的超長時間儲能技術。分別滿足短時高頻、中短時長和超長時間儲能技術。

總體來說，具有較高技術經濟性、安全性，較低初裝成本和全壽命周期度電成本，沒有資源發展的限制，能夠支撐智能運維調度，能最好地滿足重大應用場景的儲能技術，未來將占據主導。十四五發展的目標，就是支撐50%以上占比的可再生能源發電裝機友好并網和全額消納，實現度電成本低于0.2元，服役壽命大于20年，循環周次大于1.5萬次，安全可靠的達到吉瓦時規模的儲能技術，相關的材料裝備和軟硬件實現百分百的自主可控。

在交通電動化和能源清潔化方面都需要先進的電池技術。那么在動力電池方面，需要滿足從電動滑板車、自行車到乘用車、商用車、重卡、船舶、飛行汽車以及電動飛機等各類交通工具的全面電動化。

在儲能方面，從戶外的移動儲能到戶用儲能，到通訊基站備用電源，工商業用戶端的儲能，綠色建筑數據中心，分布式儲能以及大規模的調頻調分等12種應用場景，也希望發展具備本質安全，高的能量轉換效率，超長的循環壽命，低成本和寬工作溫區的電子技術。

從技術的層面看，無論是動力儲能還是儲能電池的技術都是能源的載體，在全壽命周期可以實現高度的融合發展，可以從動力貫穿到能源的應用，實現資源的共享。具體來說，他們擁有共性的基礎，科學設計、計算數據、材料、分析工藝、裝備、仿真控制和監測等共性的技術和科學問題，也擁有共性的產業鏈和標準化體系，也同樣都在重視數字化解決方案，實現智能制造，也同樣關心在生產制造服役過程中的碳排放能耗和碳足跡。

同時從動力電池淘汰下來，可以繼續作為儲能電池的各種應用技術，實現梯次利用。另外為了解決快充樁的問題，城市里還會布局儲充一體或者說光儲充檢一體化的裝備，同時發展換電站，也具備儲能的功能。

另外一個非常重要的發展方向，就是當動力電池的壽命能量密度非常高的時候，在全壽命周期中可以支持從動力電池向電網放電的雙向解決方案。這些都推動著能源和交通融合發展的先進技術，先進電池技術的發展，是未來的重要發展趨勢。

目前的電池主要是液態電解質、鋰離子電池，我們可以看到通過不同的正極材料、負極材料以及輔助材料的排列組合，能分別去滿足消費電子電池，能量型的動力電池，功率型的動力電池以及長壽命儲能電池的應用。也就是說到目前為止，現在發展的電子技術還是在專業化的發展，還不能跨界的應用。

現在的液態鋰電池還存在著一些技術上的問題，14種技術上的挑戰以及工程工藝上生產的要求。無論是科研單位還是企業，也都不斷地努力提出新的解決方案，有19種解決方案，能進一步地去提升液態鋰離子電池的性能，能夠滿足或者說初步滿足在交通領域和能源領域的重要應用。

但是目前大家還不是非常滿意，還需要進一步去提高。一個是希望能做到本質安全，在任意使用的情況下不起火不燃燒不爆炸，同時支持快充的技術，爭取獲得像燃油車一樣的消費體驗。同時發展更高能量密度的動力電池技術，能夠支撐從長續航電動汽車到電動飛機等對高能量密度的應用。另外也希望具備25年以上的使用壽命更寬的環境工作溫度，以及更低的成本，做到標準化、模塊化和智能化，這些都是進一步電池發展的需求。

現在大家都在關注固態電池。固態電池因為不用或者少用容易燃燒起火爆炸的有機電解液，用到了無機的或者聚合物的固態電解質，有可能具備更高的安全性，更高的能量密度，更高的存儲效率，能夠在高溫下運行，支撐新的生產工藝，同時降低電池的成本。

固態電池這方面的優點已經得到世界范圍內的公認。當下就是要解決在全固態電池和固態電池開發的過程中，遇到的固態電解質和正負極表面實現完美接觸的難題。同時接觸好了才能降低界面電阻，這兩個是目前固態電池遇到的最大挑戰。在全球范圍內已經發展了非常多的全固態電池解決方案，每一種現有的全固態電池都存在著紅顏色標注的一些短板，還需要新的改進策略去發展，需要新的思路。存在著以下8個技術的瓶頸，包括界面問題、材料問題、電信設計問題，應用問題和供應鏈裝備工藝標準化尚未成熟的問題，也還沒有找到最適合的應用場景，形成更具有競爭力的產品。

總體來說，全固態電池綜合指標的提升還是非常有挑戰的。核心問題就是要解決界面的適配和穩定性的問題。雖然全固態電池很難，而固態電解質又具有更高的安全性，大家就開始去發展混合了固態電解質和液態電解質的混合固液電解質電池。在這種電池中可以通過5種方式，將更安全的固態電解質帶入液態電池的電芯中，從而更好的兼容現有的工藝，現有的裝備，現有的材料容易量產，具備更低的成本。總體來說，混合固液電解質電池可以在一定程度上去解決前面全固態電池現有技術遇到的界面的難題。

中科院物理所和北京衛藍新能源提出了全新的解決方案，基于原為固態化的一種固態電池的設計，主要通過化學和電化學反應，將液態電解質轉化為固態電解質，從而實現電解質與電極材料顆粒表面的原子級接觸，形成連續彈性導離子的界面下，綜合平衡電池，具備高能量、高安全、低體積膨脹低內阻寬溫區等性能的要求。

這樣的解決方案能夠適應各類的負極材料和正極材料，從而滿足不同的需求。目前已經在2016年申請了首次的發明專利，公開發表了學術論文，并且在國際鋰電池會議上做過報告。并且已經開發出多款電芯在無人機上率先實現量產，特別是在2021年1月9號，蔚來汽車在蔚來日上首次發布了360瓦時每公斤的基于原位固態化的電池技術。這個技術就是由中科院物理所創辦的北京衛藍新能源在背后推動技術的發展。我們陸續申請了20多項發明專利，這種技術具備原子級建核的特征，能夠實現一個連續化的界面，具有更高的倍率特性，更好的循環穩定性，更高的安全性，特別是兼容現有的工藝和設備，已經在蔚來汽車ET7車型上得到了測試，在明年上半年開始大規模的量產。

這個技術，簡單地把固體電解質和液體電池混合在一起，主要是能夠明顯提升安全性，能夠顯著降低直流內阻，同時可以通過這樣的技術，最終實現全固態。在改善電池安全性的同時，也能夠提升電芯連續充放電的性能，提高循環性。通過大量的研究，將固態電解質帶入電芯，可以從10個層面來提高電芯的安全性。相關的科研工作專利已經形成了布局和發表。

基于上述這些技術，開發的儲能的磷酸鐵鋰固態電池具備了更高的安全等級，也具備更長的循環性。目前將在淄博工廠一期投產，目前能夠具備6000-10000次以上的循環性，同時能夠滿足各方面的測試要求。

以上各類極限安全測試的結果，體現了固態電池更高的安全性。儲能對于安全性的要求是非常高的，而之前即便是磷酸鐵鋰電池也出現過燃燒起火，甚至是人身傷害的這樣的問題。目前這樣的技術也開始通過三峽公司在烏蘭察布進行了示范。

另一方面就是動力電池，我們開發了高能量密度的混合固液、電解質、動力電池。這種電池將在湖州工廠的2吉瓦時產線上，在明年上半年開始大規模生產，來滿足ETC包括ETC車型的長續航，電動汽車的應用，目前具備了比能量超過360，超1000次的循環，安全性明顯優于液態電解液。

這應該說是即將量產的全球最高能量密度的動力電池。在固態電池開發的歷程中，我們認識到直接開發全固態電池還是存在著比較多的挑戰。

通過混合固液電解質，特別是原位固態化技術，能夠對實現全固態進行更全面細致的認知。我們在2018年的報告提出來，2019年實現A樣，2022年實現量產，2023年裝車。現在正在完全按照這個節奏正在推進，也實現了目標。

在全固態電池中受全球廣泛關注的，包括日本主導的硫化物全固態電池，以及我們正在推的氧化物加原位固態化，總體來說硫化物、電解質電導率非常得高。但是目前的制造成本，界面電阻體積膨脹適應性，還有產生有害有毒的氣體方面，還不能滿足大規模量產的要求。相對而言，氧化物和原位固態化的解決方案，基本上能滿足電導率的要求，同時成本比較低，更容易制造。

另外很關鍵的一點就是中國掌握了這方面的知識產權，應該說從自主可控的角度，更需要去發展氧化物和原位固態化，當然硫化物全固態也值得繼續地去推進和發展。我們認為在2027年左右，能夠實現這種全固態電池的大規模量產。

為了實現固態電池的產業化，需要形成產業鏈。為了發展更高性能的固態電池，需要開發一系列新的電池材料，包括14種，從正極到負極到固態電解質，到膜，以及到關鍵的輔助材料和自修復材料這樣的電子新材料。

同時要引入更先進的制造工藝，包括數字化的計算，用于加速開發數字化的制造，包括極致的制造，像寧德時代提出來的 PPB級偏差水平，以及簡化生產制造流程。通過干法中斷和后段的簡化處理，實現極致制造和極簡制造的整合，同時在所有的制造流程中實現數字孿生，從而推動智能制造的發展。另外要充分地考慮鋰資源的有限性和短期供需關系的矛盾，要形成有利于循環制造這樣的生產制造的流程和電池模組和系統的設計解決方案。

此外生產出來之后，整個過程要實現數字化的監測，也就是全壽命周期能夠實現精準的監測，增加智能傳感技術，通過大數據分析人工智能，形成大量的數據庫。

另外要注意數字運維，也就是邊緣協同，加強碳足跡與碳賬號的管理和實現智能的監控，從而能夠發展支撐和推動下一代工業4.0級的固態鋰離子電池以及鈉離子電池的產業鏈。從混合固液到全固態電池形成成熟的方案。

根據前面提到的觀點，因為鋰資源的局限性和需求的依賴性，我們希望鋰電池能夠滿足高能量密度的解決方案，包括能滿足電動飛機、機器人這些國家安全等一系列的高能量密度的解決方案，包括用層狀的正極以及行規的負極，鋰碳負荷的負極這樣的解決方案，那么在中等能量密度下有可能開發出一種電池，具有超長的循環壽命，本著安全和較低的成本，一般認為是鐵鋰、錳酸鋰和鎳錳漿金石配上高性能的負極材料，實現支持主流的乘用車市場600公里快充低成本這樣的解決方案。

對于大規模儲能來說，鈉離子電池因為體積能量密度相對于鋰電池稍微低一些，但是目前已經展示出了更寬的工作溫區更快的充放電速率和較低的成本，以及沒有原材料的壓力。鈉離子電池將去滿足包括低速車、乘用車、啟停電源、混合動力以及長壽命的儲能電池，各種儲能應用場景的應用需求。從而形成高技術、高性能的技術、高水平的制造能力和資源可持續發展的良好發展態勢。在最終業態混合固液和全固態將有可能形成共存，來分別滿足不同的市場。

最終我們希望開發出這樣的電池，能夠同時滿足交通和能源融合發展的需求，包括超長的循環壽命和日歷壽命，具有本質的安全性，任意濫用情況下不發生熱失控，具有適當的能量密度，支撐600公里的整車續航，電池包800伏，支持兩C以上的快充壽命，能夠精準地預測全壽命周期的容量和功率等特性不發生突然跳水。

能夠通過電芯模組和系統的設計，適應全氣候，能夠實現電池模組和系統的信息數據的采集和歷史數據的傳遞，能夠支撐不同領域的應用。同時特別強調的是從電芯模組到系統，真正實現標準化。這種標準化的電芯和模組同時能支撐A00級車型一直到吉瓦時級的調頻儲能電站的應用。這種電池需要本質的安全，因此非常有可能是全固態。綜合高功率的應用和高能量的應用，形成的電芯模組和系統的解決方案。這個方案會在2027年實現大規模的量產，讓我們拭目以待。

最后感謝各位領導各位嘉賓參加本次會議，謝謝大家。