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2021年9月15-17日，“第三屆世界新能源汽車大會”（WNEVC 2021）在海南國際會展中心盛大召開，由中國科學技術協會、海南省人民政府、科學技術部、工業和信息化部、生態環境部、住房和城鄉建設部、交通運輸部、國家市場監督管理總局、國家能源局共同主辦。本次大會以“全面推進市場化、加速跨產業融合，攜手實現碳中和”為主題，邀請全球各國政產學研各界代表展開研討。

在9月17日舉辦的主題峰會“動力電池關鍵技術及綠色高效產業生態構建”上，國聯汽車動力電池研究院有限責任公司副總經理王建濤發表專題演講。他表示：

國聯汽車動力電池研究院將基于現有350瓦時每公斤的電池技術，通過技術提升，在不斷提升能量密度的同時，做面向可制造、可應用的一些設計，最終我們希望能夠做到500瓦時每公斤全固態電池。

以下內容為現場演講實錄：

    尊敬的各位來賓，各位專家，大家上午好！我是國聯研究院的王建濤，我很榮幸也非常高興能夠在這個國際論壇上跟大家分享一下創新中心鋰離子電池方面的一些研究進展。

    我的匯報分為以下4個部分。首先是新能源汽車的發展現狀，上午董會長和各位專家都講了很多，這里我簡短回顧一下新能源汽車的現狀。

    這是2020年之前我們國家的新能源汽車經過十幾年的發展由原來很低的保有量到5百萬輛左右，也就是連續幾年都位居世界第一。在今年上半年我們汽車產量已經到1百萬輛以上，其中我們的純電和插電這一塊基本上占據了一個很大的比例，占據了絕對的主力。新能源汽車呈一個高速發展的趨勢，但是在這個趨勢過程中，我們的滲透率從2012年到2020年，從0.2到0.4，整個過程中發展很快，謝秋總剛才也講了，我們8月份的滲透率已經到了17%，這是一個很高的趨勢，所以從整個趨勢上來看就是高速滲透的態勢基本上是形成了。

    最右邊剛才王總也提到，這是美國彭博社在今年6月份發布的，到2040年全球新能源汽車銷售量將達到5600萬輛，動力電池的產能將達到2500GWH左右，其中73%中國要達到1800GWH，我們上半年的產能有50多GWH，到2030年我們的產能是23.6GWH，以2020年為起點大概有30倍的增速，大概是這樣的一個趨勢。

    剛才謝秋總也都講過，新能源汽車現在的一個整體的發展趨勢是說啞鈴結構，為什么是啞鈴結構呢？發展到現在以成本和駕乘體驗變成了一個大家兩端的需求。成本這一塊主要是說價格比較低的這種經濟型的車為代表，這種車它是滿足現在新青年的一個消費代步需求，所以這一款主要是短途出行，大概是6百公里以內。這一塊是目前在我們上半年汽車銷售排行前十的車型里面占了50%，也就是說有5款車都是這一款車，高端車就是以特斯拉為代表的駕乘體驗感很好的，具有智能化程度很高的車，這一塊是契合了我們現在的一些消費升級，大家對于新能源這種智能感、駕乘感的一個需求，所以這一塊的銷售也起來了。

    恰恰是我們在10到20萬，就是在“十二五”期間當時推的一些車，這種車目前來講它面臨著和同級別的燃油車競爭，還面臨著兩端新能源汽車，不論是高端的駕乘感還是經濟型代步車的同級別競爭，目前在整個前十里面只有傳祺這一家，所以這一塊可能未來還需要找一個突破口。

    汽車快速增長的原因非常多，原因我們不去講，但是在快速增長保有量微粒也非一多的情況下，在19年開始到2020年，我們新能源汽車的安全問題頻發，所以在19年底工信部協同中國汽車動力電池產業創新聯盟發布了電動汽車安全指南，指南也是12項涵蓋了整個產業鏈，也是為了規范產業鏈的安全，安全是一個基本的紅線，是影響新能源汽車發展的一個最大的不確定性因素。而低溫這一塊是目前來講主要在影響著我們新能源汽車在區域性的發展，我們北方區域高寒地區的溫度有時候能下降到零下20度以下，我們今天要講的可能就是低溫問題的一些技術和一些思考。

    在這兩塊我們國聯是做什么的呢？國聯是國家動力電池創新中心，創新中心是解決一些動力電池發展過程當中或者開發過程當中遇到的一些共性的關鍵技術。在安全技術這一塊我們從對于整個電池熱失控過程的解析來看，汽車的安全問題最終是落在電池上。電池的安全問題如果一個電池安全，不管是起火、爆炸還是熱失控，最終都是有三因素構成，有可燃物、助燃物和引燃物。目前，從燃燒的趨勢來看，如果它要燃燒就先要有產氣，然后冒煙，再是噴射，噴射之后燃燒，燃燒之后再有一個爆噴的過程。在整個過程當中，如果電池是一個能量載體，沒有引燃物這個電池也是安全的，它是可控的，但如果有引燃物或者是有誘因，那么就會導致一個連鎖的反應。我們最終把這個誘因歸結到電池，通過各種安全問題的研究，大多數都能發現是微內短路引起的爆炸。

    我們對微內短路就做了一些研究，其實它的整個過程是非常復雜的，誘因非常多，包括機械濫用、電濫用最終都能引起微內短路。但是前期整個制造過程當中電池的一致性也好，還是它在長期使用過程當中由于電池內部電化學反應的不均勻性，都會造成的一些局部微內短路。前期的誘因非常多，前期不容易被發現，所以前期不固定，整個研究的過程比較復雜，突發性也比較強。但是在中間一旦擴粘，我們用的這種安全手段基本上不能抑制，所以就揭示它整個過程中的演變規律，提升電池安全，到最終整個系統的識別預警和防護這一塊具有非常重要的意義。

    這一塊我們基于IEC的標準，通過高精度針刺的技術，我們也做了一個內短路的可控激發。在這個過程當中捕捉激發過程中表現在外面的不管是電壓也好，這些可表現的一些信號的變化規律，從這個變化規律里面我們來識別內部短路的一個級別，在這個過程當中我們通過施加電流的方式來模擬內部內短路時電流的大小，從而來判斷我們內短路時的內部產熱。從這個產熱的多少來判斷內短路的可控度，在這個過程中，我們把它的這個內短路模擬出來，大概分為幾個過程：一方面是內短路的誘發，然后是一個內短路的擴粘，在擴粘的過程中會往兩方面發展，通過我們的抑制可以穩定的發展，如果沒有抑制住它就會加速，那就會造成熱失控。

    后續我們把整個表現機理呈現出來，但是如果后續的安全或者說安全策略要做的話，整個電池都是要瞄準內短路在誘發之后到失控中間，也就是說我們平穩內短路擴粘這一塊來開展?；谶@一塊我們做了一些內短路失效機理的研究，建立一個不同結構電池短路電化學短路的模型，我們通過模型的模擬來對內短路在整個誘發過程中鋰離子的傳輸，不管是在正極還是負極的傳輸，還是在隔膜過程中的一個局部的產熱，這一塊做了一個模擬，在這個基礎上我們開發一些微米級的材料以及整個體系，把整微米型阻燃的材料做成了微米電極和阻燃型的電極，來提高電池整個在內短路擴張過程中的一個抑制，從而可以切斷它整個內短路擴粘的路徑，降低熱失控的風險。最后會形成一個電池的安全防護整套體系，當然有些電池廠家會在模組系統層面做一個防護，從而實現高性能電池安全可靠的使用。

    我們這里把安全助劑講一下，剛才講了有兩款，一款是微米型，我們模擬就是在電池熱失控引起正極分解的前期，我們會在這個溫度的范圍內發生一個聚合，從而抑制正極分解，減少氧的釋放，也就是說切斷助燃，沒有氧，基本上后端燃燒的劇烈程度就會降低很多。阻燃型的安全助劑也是通過在聚合過程中會吸收一定的熱量，它不僅會吸收熱量，還會形成一個阻燃的膜，這個膜會對熱擴散一定的抑制，在這個過程中會大大抑制電池的一個分解。

    在低溫這一塊我們主要瞄準的是低溫機理，低溫電池，或者說新能源汽車趴窩也是來自于低溫放電性能不行。這主要是來源于我們BMS系統控制放電的電壓，由于低溫情況我們的內阻會急劇增加，導致我們的電放不出來，在這個過程中如何提升或者降低我們低溫條件下內阻的一個變化，可能是解決低溫問題的一個關鍵，這是我們基于三元體系來講這個事情。

    首先我們是研究了低溫對電池整個組分組成，不管是正極、負極到隔膜電解液，它動力學的影響我們來解決這個低溫的問題。其次我們是開發低阻抗的成膜添加劑，在低溫情況下形成膜的阻抗變化會很小，在這種情況下形成低溫電解液的技術。在這個過程當中我們基于高鎳體系，我們會形成一整套的從材料到電池設計過程中的低溫技術。

    這是我們對整個正極材料、負極材料和電解液整個低溫的熱特性研究。我們研究的就是電池在低溫情況下它熱力學的一個變化，熱力學的變化從現有的這個體系來看，我們低溫的時候不管是助劑、粘結劑，還是材料它的整體正極性能變化不是特別大，負極的變化可能大一點，電解液這一塊其實在低溫下是沒有形成一個相變的，所以熱力學的變化是比較小的。但是動力學這一塊是通過研究不同溫度下交流阻抗的變化，尤其是對不同系統、電化學系統和時間，以及阻抗的一個模擬方法，我們獲得了一個電極的反應，整個過程中包含了一個鋰的液相傳輸、漸變鋰的傳輸、電核傳輸以及鋰在溶劑化和去溶劑化整個過程的變化，最終我們把低溫問題歸結到漸變離子傳輸和核電轉移過程中影響了動力學，這是解決低溫問題的一個主要矛盾，就是抓問題抓主要矛盾，我們就把它歸結到這里。

    在這個地方我們開發了寬溫區成膜的低溫電解液，我們基于低溫成膜添加劑的基礎用進行應用，目前是在-40度下常溫容量達到89%，近乎90%左右，這樣的電池低溫性能會好，我們也做了一些高溫的循環，大概45度，已經循環了1200周，這個是70%，能夠保持80%的能量保持率。

    這是共性技術的耐久性，我們通過三維骨架的電極結構，我們設計不管是高鎳體系還是瑞浦也講到的硅積這一塊，主要是針對體積膨脹帶來的結構穩定性問題，我們也是采用一些新型的導電劑和高彈的粘結劑，來大大提高壽命，目前我們能夠實現1200周的循環。

    所有的安全技術和共性技術都需要一個載體，我們在這些年開發共性技術的過程中，我們也基于共性技術開發了一系列的電池技術，從最早的260瓦時每公斤到現在的300瓦時每公斤，到以后350的瓦時每公斤鋰離子電池，這也是相當于一個技術集成的展現。我們在高比能寬溫區鋰離子電池技術這一塊，采用表面改性高鎳材料為正極，緩沖結構硅基復合材料為負極，我們開展電池設計驗證，性能符合國家標準要求，如果是2.5到4.3伏能量密度達到270瓦時每公斤，我們所有的循環都是在這個情況下，目前的循環大概是1000周，能量保持80%，倍率性能93%，安全性能滿足了國家檢測，我們也反饋給了客戶，客戶的反饋結果還是不錯的，最主要的優勢就是低溫性能在-40度的時候，容量保持能夠大于85%，這是我們客戶對我們提出的一個要求。

    在這個基礎上我們也開發了一些低成本的材料，我們基于前期的技術能夠把成本下降14%左右，能保證安全，也能滿足法規。它循環400周，壽命在90%以上，不如前面的好，我們也做了400瓦時每公斤的電視，這個技術原型循環了300周，我們后續又循環了800周左右，還有百分之六七十的能量保持率。

    為了提升這個技術的安全我們做了半固態的技術，以及前面講的安全技術的集成，在半固態電池這一塊我們基于前面講的300瓦時每公斤，我們做了半固態化，能量密度能到349瓦時每公斤，循環600左右?；谖覀兦懊姘踩夹g的集成，基于300瓦時每公斤，我們在80安時的基礎上從高往低提升能量密度，最早是做20安時同體系的大概能量密度是295到310每公斤左右，我們在4.3伏的時候也是過了針刺，27安時的時候能量密度能提升到275，前一段時間我們也做到了347，它是過了5毫秒的20針刺，所以我們希望通過一些安全技術的驗證。我們在350瓦時每公斤80安時的基礎上對安全性能有一個更大的幫助，達到謝總講的5系水平。

    剛才講到了全固態電池，全固態電池可能是安全終極的電池，我們也希望通過一些全固態電池的設計，最終把安全的本質問題給解決了。其實其中有兩大問題，一個就是固態電解質的產業化問題，還有一個就是固態電池的工程化工藝的問題。在固態電池產業化這一塊主要是我們的聯合實驗室和子公司，我們首先是基于剛才講的這個穩定性，這一塊我們基本上現在已經能夠實現公斤性，我們已經在建噸級線，希望未來為全固態電池的發展做出一些原材料上的貢獻，目前這些原材料已經給國內主要高校和主要的電池企業試用。硫化物固態電解質的專利可能集中在日本，被日本壟斷，我們也開始了布局，形成了一些制備專利，也正在申請PCE專利。

    在規?；苽涔に囘@一塊全固態電池，目前來講沒有一個定型的工藝，那我們要沿用液態電池的工藝。我們就是要在這個云漿涂布，基于現在固態電池的工藝傳承，因為我們用的是空氣穩定性的硫化物固態電解質，我們可以做到一個連續化的制備，在這個基礎上我們做了安時級電池循環，它的前期衰減很快，可能跟剛才講的全固態電池的解有關。前期的界面一直在消耗，到后期基本就保持了一個相對穩定的過程。在全固態電池的大尺寸很難做，所以我們從最早非常小的尺寸大概1×1到3×4到6×8，到現在我們做到24×12的大電池。目前這個大電池的原形我們也在做技術循環，它的安全性自然不用說，不管是通過極端的釘刺、剪切還是其他的情況都可以正常放電。

    以上是我們電池的開發情況，下面是我們下一代電池的開發規劃，在這個基礎上我們基于現有的350瓦時每公斤的電池技術，我們希望通過一些技術的提升，把能量密度不斷做提升，同時要做一些面向可制造、可應用的一些設計，包含寬溫區、更高安全、更低成本，我們都要往這個方面去努力。最終我們希望能夠做到全固態，全固態剛才也講到了，全固態未來想做5百瓦時每公斤，我們寫的比較保守，我們希望可以通過自己關鍵材料的開發做到4百瓦時每公斤的一個電池，這是整個產品的規劃。

    好，謝謝各位！

（注：本文根據現場速記整理，未經演講嘉賓審閱）