2021年9月15-17日，“第三届世界新能源汽车大会”（WNEVC 2021）在海南国际会展中心盛大召开，由中国科学技术协会、海南省人民政府、科学技术部、工业和信息化部、生态环境部、住房和城乡建设部、交通运输部、国家市场监督管理总局、国家能源局共同主办。本次大会以“全面推进市场化、加速跨产业融合，携手实现碳中和”为主题，邀请全球各国政产学研各界代表展开研讨。

在9月17日举办的主题峰会“动力电池关键技术及绿色高效产业生态构建”上，国联汽车动力电池研究院有限责任公司副总经理王建涛发表专题演讲。他表示：

国联汽车动力电池研究院将基于现有350瓦时每公斤的电池技术，通过技术提升，在不断提升能量密度的同时，做面向可制造、可应用的一些设计，最终我们希望能够做到500瓦时每公斤全固态电池。

以下内容为现场演讲实录：

    尊敬的各位来宾，各位专家，大家上午好！我是国联研究院的王建涛，我很荣幸也非常高兴能够在这个国际论坛上跟大家分享一下创新中心锂离子电池方面的一些研究进展。

    我的汇报分为以下4个部分。首先是新能源汽车的发展现状，上午董会长和各位专家都讲了很多，这里我简短回顾一下新能源汽车的现状。

    这是2020年之前我们国家的新能源汽车经过十几年的发展由原来很低的保有量到5百万辆左右，也就是连续几年都位居世界第一。在今年上半年我们汽车产量已经到1百万辆以上，其中我们的纯电和插电这一块基本上占据了一个很大的比例，占据了绝对的主力。新能源汽车呈一个高速发展的趋势，但是在这个趋势过程中，我们的渗透率从2012年到2020年，从0.2到0.4，整个过程中发展很快，谢秋总刚才也讲了，我们8月份的渗透率已经到了17%，这是一个很高的趋势，所以从整个趋势上来看就是高速渗透的态势基本上是形成了。

    最右边刚才王总也提到，这是美国彭博社在今年6月份发布的，到2040年全球新能源汽车销售量将达到5600万辆，动力电池的产能将达到2500GWH左右，其中73%中国要达到1800GWH，我们上半年的产能有50多GWH，到2030年我们的产能是23.6GWH，以2020年为起点大概有30倍的增速，大概是这样的一个趋势。

    刚才谢秋总也都讲过，新能源汽车现在的一个整体的发展趋势是说哑铃结构，为什么是哑铃结构呢？发展到现在以成本和驾乘体验变成了一个大家两端的需求。成本这一块主要是说价格比较低的这种经济型的车为代表，这种车它是满足现在新青年的一个消费代步需求，所以这一款主要是短途出行，大概是6百公里以内。这一块是目前在我们上半年汽车销售排行前十的车型里面占了50%，也就是说有5款车都是这一款车，高端车就是以特斯拉为代表的驾乘体验感很好的，具有智能化程度很高的车，这一块是契合了我们现在的一些消费升级，大家对于新能源这种智能感、驾乘感的一个需求，所以这一块的销售也起来了。

    恰恰是我们在10到20万，就是在“十二五”期间当时推的一些车，这种车目前来讲它面临着和同级别的燃油车竞争，还面临着两端新能源汽车，不论是高端的驾乘感还是经济型代步车的同级别竞争，目前在整个前十里面只有传祺这一家，所以这一块可能未来还需要找一个突破口。

    汽车快速增长的原因非常多，原因我们不去讲，但是在快速增长保有量微粒也非一多的情况下，在19年开始到2020年，我们新能源汽车的安全问题频发，所以在19年底工信部协同中国汽车动力电池产业创新联盟发布了电动汽车安全指南，指南也是12项涵盖了整个产业链，也是为了规范产业链的安全，安全是一个基本的红线，是影响新能源汽车发展的一个最大的不确定性因素。而低温这一块是目前来讲主要在影响着我们新能源汽车在区域性的发展，我们北方区域高寒地区的温度有时候能下降到零下20度以下，我们今天要讲的可能就是低温问题的一些技术和一些思考。

    在这两块我们国联是做什么的呢？国联是国家动力电池创新中心，创新中心是解决一些动力电池发展过程当中或者开发过程当中遇到的一些共性的关键技术。在安全技术这一块我们从对于整个电池热失控过程的解析来看，汽车的安全问题最终是落在电池上。电池的安全问题如果一个电池安全，不管是起火、爆炸还是热失控，最终都是有三因素构成，有可燃物、助燃物和引燃物。目前，从燃烧的趋势来看，如果它要燃烧就先要有产气，然后冒烟，再是喷射，喷射之后燃烧，燃烧之后再有一个爆喷的过程。在整个过程当中，如果电池是一个能量载体，没有引燃物这个电池也是安全的，它是可控的，但如果有引燃物或者是有诱因，那么就会导致一个连锁的反应。我们最终把这个诱因归结到电池，通过各种安全问题的研究，大多数都能发现是微内短路引起的爆炸。

    我们对微内短路就做了一些研究，其实它的整个过程是非常复杂的，诱因非常多，包括机械滥用、电滥用最终都能引起微内短路。但是前期整个制造过程当中电池的一致性也好，还是它在长期使用过程当中由于电池内部电化学反应的不均匀性，都会造成的一些局部微内短路。前期的诱因非常多，前期不容易被发现，所以前期不固定，整个研究的过程比较复杂，突发性也比较强。但是在中间一旦扩粘，我们用的这种安全手段基本上不能抑制，所以就揭示它整个过程中的演变规律，提升电池安全，到最终整个系统的识别预警和防护这一块具有非常重要的意义。

    这一块我们基于IEC的标准，通过高精度针刺的技术，我们也做了一个内短路的可控激发。在这个过程当中捕捉激发过程中表现在外面的不管是电压也好，这些可表现的一些信号的变化规律，从这个变化规律里面我们来识别内部短路的一个级别，在这个过程当中我们通过施加电流的方式来模拟内部内短路时电流的大小，从而来判断我们内短路时的内部产热。从这个产热的多少来判断内短路的可控度，在这个过程中，我们把它的这个内短路模拟出来，大概分为几个过程：一方面是内短路的诱发，然后是一个内短路的扩粘，在扩粘的过程中会往两方面发展，通过我们的抑制可以稳定的发展，如果没有抑制住它就会加速，那就会造成热失控。

    后续我们把整个表现机理呈现出来，但是如果后续的安全或者说安全策略要做的话，整个电池都是要瞄准内短路在诱发之后到失控中间，也就是说我们平稳内短路扩粘这一块来开展。基于这一块我们做了一些内短路失效机理的研究，建立一个不同结构电池短路电化学短路的模型，我们通过模型的模拟来对内短路在整个诱发过程中锂离子的传输，不管是在正极还是负极的传输，还是在隔膜过程中的一个局部的产热，这一块做了一个模拟，在这个基础上我们开发一些微米级的材料以及整个体系，把整微米型阻燃的材料做成了微米电极和阻燃型的电极，来提高电池整个在内短路扩张过程中的一个抑制，从而可以切断它整个内短路扩粘的路径，降低热失控的风险。最后会形成一个电池的安全防护整套体系，当然有些电池厂家会在模组系统层面做一个防护，从而实现高性能电池安全可靠的使用。

    我们这里把安全助剂讲一下，刚才讲了有两款，一款是微米型，我们模拟就是在电池热失控引起正极分解的前期，我们会在这个温度的范围内发生一个聚合，从而抑制正极分解，减少氧的释放，也就是说切断助燃，没有氧，基本上后端燃烧的剧烈程度就会降低很多。阻燃型的安全助剂也是通过在聚合过程中会吸收一定的热量，它不仅会吸收热量，还会形成一个阻燃的膜，这个膜会对热扩散一定的抑制，在这个过程中会大大抑制电池的一个分解。

    在低温这一块我们主要瞄准的是低温机理，低温电池，或者说新能源汽车趴窝也是来自于低温放电性能不行。这主要是来源于我们BMS系统控制放电的电压，由于低温情况我们的内阻会急剧增加，导致我们的电放不出来，在这个过程中如何提升或者降低我们低温条件下内阻的一个变化，可能是解决低温问题的一个关键，这是我们基于三元体系来讲这个事情。

    首先我们是研究了低温对电池整个组分组成，不管是正极、负极到隔膜电解液，它动力学的影响我们来解决这个低温的问题。其次我们是开发低阻抗的成膜添加剂，在低温情况下形成膜的阻抗变化会很小，在这种情况下形成低温电解液的技术。在这个过程当中我们基于高镍体系，我们会形成一整套的从材料到电池设计过程中的低温技术。

    这是我们对整个正极材料、负极材料和电解液整个低温的热特性研究。我们研究的就是电池在低温情况下它热力学的一个变化，热力学的变化从现有的这个体系来看，我们低温的时候不管是助剂、粘结剂，还是材料它的整体正极性能变化不是特别大，负极的变化可能大一点，电解液这一块其实在低温下是没有形成一个相变的，所以热力学的变化是比较小的。但是动力学这一块是通过研究不同温度下交流阻抗的变化，尤其是对不同系统、电化学系统和时间，以及阻抗的一个模拟方法，我们获得了一个电极的反应，整个过程中包含了一个锂的液相传输、渐变锂的传输、电核传输以及锂在溶剂化和去溶剂化整个过程的变化，最终我们把低温问题归结到渐变离子传输和核电转移过程中影响了动力学，这是解决低温问题的一个主要矛盾，就是抓问题抓主要矛盾，我们就把它归结到这里。

    在这个地方我们开发了宽温区成膜的低温电解液，我们基于低温成膜添加剂的基础用进行应用，目前是在-40度下常温容量达到89%，近乎90%左右，这样的电池低温性能会好，我们也做了一些高温的循环，大概45度，已经循环了1200周，这个是70%，能够保持80%的能量保持率。

    这是共性技术的耐久性，我们通过三维骨架的电极结构，我们设计不管是高镍体系还是瑞浦也讲到的硅积这一块，主要是针对体积膨胀带来的结构稳定性问题，我们也是采用一些新型的导电剂和高弹的粘结剂，来大大提高寿命，目前我们能够实现1200周的循环。

    所有的安全技术和共性技术都需要一个载体，我们在这些年开发共性技术的过程中，我们也基于共性技术开发了一系列的电池技术，从最早的260瓦时每公斤到现在的300瓦时每公斤，到以后350的瓦时每公斤锂离子电池，这也是相当于一个技术集成的展现。我们在高比能宽温区锂离子电池技术这一块，采用表面改性高镍材料为正极，缓冲结构硅基复合材料为负极，我们开展电池设计验证，性能符合国家标准要求，如果是2.5到4.3伏能量密度达到270瓦时每公斤，我们所有的循环都是在这个情况下，目前的循环大概是1000周，能量保持80%，倍率性能93%，安全性能满足了国家检测，我们也反馈给了客户，客户的反馈结果还是不错的，最主要的优势就是低温性能在-40度的时候，容量保持能够大于85%，这是我们客户对我们提出的一个要求。

    在这个基础上我们也开发了一些低成本的材料，我们基于前期的技术能够把成本下降14%左右，能保证安全，也能满足法规。它循环400周，寿命在90%以上，不如前面的好，我们也做了400瓦时每公斤的电视，这个技术原型循环了300周，我们后续又循环了800周左右，还有百分之六七十的能量保持率。

    为了提升这个技术的安全我们做了半固态的技术，以及前面讲的安全技术的集成，在半固态电池这一块我们基于前面讲的300瓦时每公斤，我们做了半固态化，能量密度能到349瓦时每公斤，循环600左右。基于我们前面安全技术的集成，基于300瓦时每公斤，我们在80安时的基础上从高往低提升能量密度，最早是做20安时同体系的大概能量密度是295到310每公斤左右，我们在4.3伏的时候也是过了针刺，27安时的时候能量密度能提升到275，前一段时间我们也做到了347，它是过了5毫秒的20针刺，所以我们希望通过一些安全技术的验证。我们在350瓦时每公斤80安时的基础上对安全性能有一个更大的帮助，达到谢总讲的5系水平。

    刚才讲到了全固态电池，全固态电池可能是安全终极的电池，我们也希望通过一些全固态电池的设计，最终把安全的本质问题给解决了。其实其中有两大问题，一个就是固态电解质的产业化问题，还有一个就是固态电池的工程化工艺的问题。在固态电池产业化这一块主要是我们的联合实验室和子公司，我们首先是基于刚才讲的这个稳定性，这一块我们基本上现在已经能够实现公斤性，我们已经在建吨级线，希望未来为全固态电池的发展做出一些原材料上的贡献，目前这些原材料已经给国内主要高校和主要的电池企业试用。硫化物固态电解质的专利可能集中在日本，被日本垄断，我们也开始了布局，形成了一些制备专利，也正在申请PCE专利。

    在规模化制备工艺这一块全固态电池，目前来讲没有一个定型的工艺，那我们要沿用液态电池的工艺。我们就是要在这个云浆涂布，基于现在固态电池的工艺传承，因为我们用的是空气稳定性的硫化物固态电解质，我们可以做到一个连续化的制备，在这个基础上我们做了安时级电池循环，它的前期衰减很快，可能跟刚才讲的全固态电池的解有关。前期的界面一直在消耗，到后期基本就保持了一个相对稳定的过程。在全固态电池的大尺寸很难做，所以我们从最早非常小的尺寸大概1×1到3×4到6×8，到现在我们做到24×12的大电池。目前这个大电池的原形我们也在做技术循环，它的安全性自然不用说，不管是通过极端的钉刺、剪切还是其他的情况都可以正常放电。

    以上是我们电池的开发情况，下面是我们下一代电池的开发规划，在这个基础上我们基于现有的350瓦时每公斤的电池技术，我们希望通过一些技术的提升，把能量密度不断做提升，同时要做一些面向可制造、可应用的一些设计，包含宽温区、更高安全、更低成本，我们都要往这个方面去努力。最终我们希望能够做到全固态，全固态刚才也讲到了，全固态未来想做5百瓦时每公斤，我们写的比较保守，我们希望可以通过自己关键材料的开发做到4百瓦时每公斤的一个电池，这是整个产品的规划。

    好，谢谢各位！

（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）