中國工程院院士陳立泉在中國電動汽車百人會主辦的2021中國電動汽車百人會云論壇上介紹了鋰離子電池、鈉離子電池的最新研發進展，分享了衛藍新能源一些新產品、當下固態電池的性能情況。以下為陳立泉院士演講全文。

鋰離子電池已經到了極限，下一步要發展固態電池

我今天交流的題目是“新一代電池，引領電動中國”。 目前的電池就是鋰離子電池，大家都很熟悉的石墨負極，磷酸鐵鋰、三元或者鈷酸鋰做正極，電解質是可燃的液體電解質，容易引起安全憂慮。 另外，它的能量密度到了300瓦時/公斤，已經到了液態鋰離子電池的極限。

我們新一代電池就是要發展固態電池，或者說逐漸要過渡到全固態鋰電池。 固態鋰電池的負極材料可以是納米硅和石墨的復合負極，正極可以是高電壓錳酸鋰、也可以是富鋰錳基材料或者不含鋰的正極材料，電解質是固體電解質，它的能量密度可以(達到)300—450瓦時/公斤。再下一代就是遠期的，鋰硫電池或者鋰空氣電池。

與此同時，我們現在應該要發展鈉離子電池，鈉離子電池跟鋰離子電池工藝、技術各方面都差不多，它的負極也是碳，我們現在是用無煙煤，正極可以不含貴重金屬，像鈷、鎳都不含，可以只含銅、鐵和錳這些比較便宜的元素。 電解質目前是液態電解質，下一步也要發展固態鈉離子電池。目前鈉離子電池能量密度可以到150瓦時/公斤，做得好可以到200瓦時/公斤。

中國的能源是富煤、少氣、缺油，我們一定要電動中國

目前我們能源的形式必須介紹一下。目前中國的能源情況是富煤、少氣、缺油，我們是很缺石油的。 2018年我們的能源狀況是煤、石油、天然氣加起來占整個能源的85.6%，水、風、光、核能加起來是占18.3%，化石能源是為主的。

我們2018年自產的原油是1.9億噸，國外進口的原油是4.6億噸，對外依存度已經是71%，原來我們建議對外依存度不要超過50%，實際上已經遠遠超過了50%。 汽車的保有量是2.4億輛，如果按一輛汽車平均2噸油算，我們進口的原油4.6億噸正好夠我們的汽車用，所以我們一定要電動中國，要發展電動汽車，這樣來取代進口油。

這就是為什么我們要交通電氣化。同時，要實現設備的智能化，智能化的設備一定也需要電池。 最近又指出，2030年前我們的碳排放要達到峰值。要達到這一點，非化石能源占比將達到25%，風電和太陽能的裝機總量將達到12億千瓦以上。2020年5億千瓦，所以未來10年，每年要增加0.7億千瓦，任務是相當艱巨的，2060年我們要實現碳中和。

這樣我們一定要特別強調能源互聯網，能源互聯網就可以實現能源的低碳化。要發展能源互聯網一定需要儲能，儲能現在一個是鋰離子電池、一個是鈉離子電池，這就是新一代電池的重要性。

電動汽車、電動船舶和電動飛機是未來發展方向，能源互聯網有五大特點

下面介紹一下交通電氣化，包括幾個方面： 第一個，電動汽車，這個是大家很熟悉的，我們從2000年開始就有電動汽車的計劃。

第二個，我們目前一定要關注電動船舶。一艘萬箱船的硫排放量相當于15萬輛重型卡車，對環境污染是相當厲害的，所以我們一定要發展電動船舶，特別是遠洋船舶，我們可以發展無人的電動輪船。

第三個，電動飛機，從2017年開始，連續三年在中國開了電動航空的會，所以電動飛機的發展是未來我們發展的一個方向。

因為這三樣東西：電動汽車、電動船舶和電動飛機，對改善環境都是相當重要的。 能源互聯網有五大特點：第一個，所用的能源都是可再生能源;第二個，是分布式的、分散的;第三個，是互聯的，如果說要構建網，一定要把它連起來;第四個，這個網連起來以后是開放性的，隨時可以把多余的能源賣出去，也可以從網上去買所需要的能源，是開放性的;第五個，這個是智能化的，都是由智能控制的。

這五大特點一定都需要電池，一個是鋰離子電池，一個是鈉離子電池。

我們目前是原位固態化，物理所很早就開始研究固態電池

現在的鋰離子電池是液體電解質，負極是石墨，正極是含過渡金屬的氧化物這類材料。 它的能量密度極限是300瓦時/公斤或者稍稍再高一點，安全事故時有發生，著火或者爆炸，所以我們要發展固態鋰電池或者全固態鋰電池，用金屬鋰做負極。

目前這一階段可以不用金屬鋰，用納米硅或者硅碳復合材料做負極。正極可以利用現有比較便宜的、含過渡金屬的正極材料，同時將來也可以發展不含鋰的正極材料，中間的電解質是固態的，可以是氧化物、也可以是硫化物、也可以是聚合物。

我們目前是原位固態化，下面我要講什么叫原位固態化，能量密度可以高達350—500瓦時/公斤，不燃燒，不爆炸，安全性比較高。 物理所很早就開始研究固態電池，從1976年就開始研究固體電解質材料。以后我們對固體電解質一直沒有停止過研究，最近我們從計算上發現一些新的材料，同時我們也對固態電池的安全性做了很多工作，發現固態電池安全性是很好的。

我們2016年成立了衛藍新能源公司，2018年固態電池能量密度到了300瓦時/公斤，而且我們進行了樣車的試驗，2019年在溧陽成立了生產基地，現在固態電池產品已經供給無人機使用，電池安全性都通過了測試。 它的原材料都在批量生產，包括硅碳負極，同時固態電池所需要的涂固態電解質材料的隔膜也可以批量生產。

這里介紹一下固態電池核心材料的情況，現在預鋰化需要的鋰箔和涂固體電解質粉料的隔膜都已經產業化了。同時，納米固態電解質對正極材料可以進行包覆，特別是高鎳正極材料，如果不進行包覆，它的安全性是沒有保證的。我們做包覆以后它的容量是相當高的，可以到210mAh/g，在高溫下容量更高一些。

我們目前用納米硅和石墨做復合的負極，現在鋰離子電池也用納米硅，我們是1996年開始研究納米硅，1997年就在國際上申請了第一個納米硅做負極的專利。 從1997年開始，經過了大概17年的時間，從幾百毫克一直到幾百公斤，現在我們成立了天目先導公司，專門生產納米硅材料，可以批量的來供應國內外的需求，這是納米硅發展的情況。

同時，我們對納米硅也要進行預鋰化，這里顯示我們電池預鋰化以后容量還是相當高的，到了每克1000多毫安時。顯示的18650電池的循環性是相當好的，這是使用的情況。

衛藍新能源一些新產品

下面特別介紹一下原位固態化。這個圖的上邊一部分就是銅箔的集流體，黑的是陽極側，負極材料納米硅或者硅碳負極，下面這個綠顏色就是隔膜上的LATP(磷酸鈦鋰鋁)涂層，它是電解質材料，使液體電解質原位固態化。 也可以看得出來，通過充電、放電幾次以后，在陽極材料的表面，就是這個黑顏色的顆粒表面，包上一層SEI膜。

在隔膜的表面，因為涂了一層LATP，也變成了有SEI膜的固態電解質，正極、負極跟電解質完全是成為一體了，這就是原位固態化。 這張圖顯示的，分別包氧化鋁和LATP固體電解質材料的隔膜循環穩定性，可以看得出來，包氧化鋁的隔膜循環性不好，而包LATP固體電解質的隔膜循環性相當好。

這就是目前我們固態電池的一些工藝比較詳細的情況。 這是衛藍新能源一些新產品，新的產品里頭我特別強調一下，這個電池能量密度可以到1540瓦時/升，這是目前全世界最高的體積能量密度，它的重量能量密度可以到600瓦時/公斤，它的電池容量是25安時。

這張圖介紹了300瓦時/公斤的高比能的混合固液動力電池情況，容量是58安時，它的能量密度是300瓦時/公斤。圖右上面是液態電解質電池，穿刺會起火、要爆炸，而固體電池穿刺沒問題。

這顯示的是它的溫度，基本上沒有什么大的變化。這是穿刺電壓的情況，可以看得出來，那條紅線，只要釘子一扎進去它電壓往下降，但是過一會兒電壓可以恢復了。這是58Ah電池的循環性，1400周容量保持率還有80%。

另外，它低溫性能也相當好，紅線是低溫性能，負20度的容量保持率可以78%。倍率特性也是相當不錯的，0.2C一直到3C，基本上容量變化很小。

這是400瓦時/公斤高比能的固態電池，它的電池容量是11安時，中間是電池的情況，上面右上角是它的0.3C循環性的情況。

可以看出，它的安全性也還是不錯的，釘子扎進去以后它的電壓也往下降，釘子還在里頭電壓逐漸往上升。針刺的時候溫度上升很小，差不多也就是兩三度溫度的上升，所以400瓦時/公斤的高能固態電池，同樣安全性還是不錯的。

這個顯示的是物理所創辦的衛藍新能源公司的一個子公司，衛國創芯科技公司，在去年的一次評比上，它得了四項第一，這里顯示的是高能量密度的一等獎電池的情況：0.2C，能量密度達610瓦時/公斤;2C，能量密度可以到500瓦時/公斤，所以能量密度是相當高的。

全世界的電能都用鋰離子電池儲存，根本不夠，鈉離子電池是新電池首選

下面我就介紹一下鈉離子電池，為什么介紹鈉離子電池呢?因為鋰離子電池現在全世界都在做，如果說全世界的車都用鋰離子電池來開，全世界的電能都用鋰離子電池儲存，根本不夠，所以我們一定要考慮新的電池，鈉離子電池是首選。

鋰的含量是相當少的，只有0.0065%，鈉的含量2.75%，鈉的含量相當多。這張圖顯示，我們以磷酸鐵鋰電池(鋰離子電池中最便宜的)作為一個對比，它每瓦時的原材料成本是3毛4，鈉離子電池的原材料成本每瓦時是2毛6，比較便宜。

另外，我們最近可以看得出來，2021年碳酸鋰的價格還在上漲，1月4日是54000元/噸，比去年上漲了12000元/噸，有的公司甚至報63000元/噸，估計以后碳酸鋰的價格還會漲，這是我們一定要發展鈉離子電池很重要的原因。

我們從2010年開始就開始鈉離子電池的研究，經過將近10年的時間，從原材料開始研究，正極材料發現了四五種，負極材料也發現了四五種，最后我們選定了右邊這個正極材料，右上角是含銅、鐵、錳便宜金屬的正極材料，右下角是無煙煤做的碳材料，這樣就保證了材料的成本相當低。

6安時軟包裝鈉離子電池能量密度相當高，高低溫性能都不錯

6安時軟包裝鈉離子電池的能量密度達到了145瓦時/公斤，已經是相當高了。可以快充，5C充/5C放是1C充/1C放容量的90%，10C充/10放容量是1C充/1C放的70%，快充性能比鋰離子電池還好。它的循環性，1C充/1C放的循環性可以大于6000次，3C充/3C放可以到3000次，所以它的循環性還是相當不錯的。

另外，它的高低溫性能都是不錯的，左上角就是60度把它充滿電，讓它在高溫60度存放7天，它的容量有所下降，在常溫下，很快它又恢復。

左下角那個圖是充滿電以后在85度存放7天,它的容量就降低了，放在常溫下以后容量也還是恢復了。右上角是80度的循環性，一般鋰離子電池80度循環性就相當差了，但鈉離子電池在80度的循環性還是相當好，將近1000次容量保持78%。

另外看低溫性能，圖中藍顏色的曲線顯示出鈉離子電池低溫性能，它在負40度還可以充放電。黑顏色是磷酸鐵鋰電池的放電曲線，可以看得出來，磷酸鐵鋰在負30度的時候，容量就已經相當低了，只有原來的40%，所以鈉離子電池的低溫性能、高溫性能都很好。

中科海鈉公司是物理所技術成立的公司，這里是各類鈉離子電池的情況，包括軟包裝的、鋁殼的和圓柱形的情況。

科學院物理所從2010年開始鈉離子電池研究，上面圖是材料的研究，下面圖是電池的研究，大概2015年研制出第一個軟包裝的電池。這是電動自行車。這是2017年我們演示了電動汽車，這個是2019年我們演示的第一個儲能電站，這是電動觀光車。這就是整個鈉離子電池的發展情況。

我就介紹這么多，最后用兩句話來結束我的交流。第一句是“固態電池大干快上，引領電動中國”。第二句是“鈉離子電池并駕齊驅，助推能源互聯。”

謝謝大家!