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報告人：孫學(xué)良中國工程院外籍院士,、加拿大工程院院士,、加拿大皇家科學(xué)院院士
以下內(nèi)容為現(xiàn)場演講實錄：
尊敬的董揚(yáng)理事長,，尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo),、各位專家：
大家上午好,！我是孫學(xué)良,，來自加拿大西安大略大學(xué),，非常榮幸參加這次盛會,，特別是今天和大家討論固態(tài)電池，我和大家講一講挑戰(zhàn),。雖然還在倒時差,，但是非常興奮，今天來了很多企業(yè)家,、企業(yè)的朋友,，所以我就從最近訪問企業(yè)談起。
今年年初我訪問了一些企業(yè),，特別是動力電池和整車廠,，在過程中，我和各個企業(yè)討論,，有很深的感受,，就是這些企業(yè)有非常重大的研發(fā)投入，包括固態(tài)電池的團(tuán)隊,。我相信我們共同努力,，能夠從液態(tài)世界領(lǐng)先，能夠在固態(tài)領(lǐng)域繼續(xù)堅持領(lǐng)跑,。
在與企業(yè)合作方面上,，我非常榮幸和國家動力電池創(chuàng)新中心及國聯(lián)研究院合作，2017年成立了中加聯(lián)合實驗室,，得到了中國和加拿大政府的資助,，包括中國有研熊總經(jīng)理幾次訪問我在加拿大的實驗室，也得到中央電視臺的報道,。特別是在這幾年中開發(fā)出一些新型材料和解決工程化問題,，比如在硫化物電解質(zhì)穩(wěn)定性問題的開發(fā)、批量生產(chǎn),、工藝過程,，同時也包括新型電解質(zhì)的開發(fā)，今天講一講新型電解質(zhì)的開發(fā),。
歐洲2030計劃,，通過比較各種電池體系,，固態(tài)電池的能量密度非常明顯，從商業(yè)化窗口可以看到現(xiàn)在的電池到固態(tài)電池的發(fā)展,，在2025-2030年之間是一個窗口期,，包括高的能量密度、安全性和出色的低溫性能和快充性能,。固態(tài)電池路線圖,，有很多在討論的問題，我專門拿了歐洲出的2030年路線圖,，這是很長的英文報告,，我把它部分翻譯成中文，跟大家進(jìn)行討論,。
報告中短期,、中期和長期目標(biāo)，包括目標(biāo)展望,，液態(tài)和固態(tài)的比較,，應(yīng)用場景和關(guān)鍵指標(biāo)�,？傮w來說,，2025、2030,、2035這三個節(jié)點非常重要,，總目標(biāo)是第三代是350-400Wh/kg的能量密度，這個過程中到400-500Wh/kg能量密度,，我們的目標(biāo)也是在500Wh/kg,。
固態(tài)電池有很多挑戰(zhàn)，我們必須克服這些挑戰(zhàn)才能商業(yè)化,。主要有三大挑戰(zhàn)：材料問題,、界面問題、工程化問題,。
一,、材料問題
材料問題，特別是集中在固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā),。目前我們已經(jīng)有很多體系,，比如和國家動力電池創(chuàng)新中心、國聯(lián)研究院合作硫化物的方向,。我們在座有很多在講硫化物,、聚合物和氧化物研究，我們開發(fā)中有沒有新型的其他種類的，特別是鹵化物的開發(fā),。
不同的體系優(yōu)缺點,，比如離子導(dǎo)非常重要，特別是豐田用的是硫化物體系,，和我們集中開發(fā)鹵化物體系的優(yōu)缺點,，紅色是硫化物體系，非常高的離子導(dǎo),，但空氣穩(wěn)定性和對正負(fù)極的穩(wěn)定性是有問題的,。綠色代表最近開發(fā)的鹵化物電解質(zhì)的體系，可以看到離子導(dǎo)已經(jīng)提高了很多,，空氣穩(wěn)定性和對正極的穩(wěn)定性都有明顯的優(yōu)點,。這些年我們集中在開發(fā)這些材料,，讓它往商業(yè)化應(yīng)用,。
我上個月參加了國際電池學(xué)會大會，總結(jié)了一下,，這個方向在世界范圍內(nèi)最近進(jìn)展非�,？欤热缲S田提高離子導(dǎo),，目前提高了10倍,。最近我們國家姚老師發(fā)的負(fù)極問題，包括高壓性能,、低價格,、結(jié)構(gòu)的研究、界面研究,、模擬等不同方向,，在這個領(lǐng)域都進(jìn)展得非常好。
結(jié)構(gòu)控制,，特別是能否批量生產(chǎn)非常重要,，所以我們組一直在開發(fā)不同的合成方法，從固相法,，特別是開展了液相法,，讓我們能夠把這種電池材料從小批量發(fā)展到大批量，特別是國聯(lián)研究院用這種方法可以合成幾十公斤材料,。
總體來說我們是在發(fā)展不同的東西,，首先是結(jié)構(gòu)調(diào)控離子導(dǎo)，要應(yīng)用到不同體系當(dāng)中,。比如結(jié)構(gòu)調(diào)控,，要從10-3次方能不能提高10倍的離子導(dǎo)是我們的發(fā)展方向，能不能把價格再降低10倍。能否展示到各種體系當(dāng)中,，比如軟包,，包括其他體系，比如鋰硫體系,、鋰氧體系,、正極高電壓，所有這些都應(yīng)該表現(xiàn)出來,。
創(chuàng)新非常重要,。我們必須要結(jié)構(gòu)調(diào)控才能達(dá)到這個目的，比如松下研究從四面體到八面體,。我們最近發(fā)現(xiàn)有一種框架結(jié)構(gòu),，通過界面控制可以做出很多體系，這些體系在不同的相中表現(xiàn)非常高的離子導(dǎo),�,？梢哉{(diào)控很多不同的材料。
另一個方向是離子導(dǎo)能否繼續(xù)增加10倍,，能否達(dá)到硫化物現(xiàn)在的目標(biāo),？最近松下已經(jīng)報道可以達(dá)到10-2次方離子導(dǎo)，我們最近的工作也是做出從靜態(tài)到非靜態(tài)的研究,，可以等6.6×10-3的離子導(dǎo),，讓電池可以跑2400圈，可以展示出來,，特別是它的快充和低溫性能,。
總體來說這個領(lǐng)域鹵化物早期我們在發(fā)展，離子導(dǎo)非常低,，從2018年開始達(dá)到10-3的離子導(dǎo),，2021年我還說什么時候我們能提高10倍離子導(dǎo)，現(xiàn)在我們應(yīng)該達(dá)到了10-2離子導(dǎo),。希望這個方向繼續(xù)能夠努力往商業(yè)化走,，提高離子導(dǎo)，降低價格,。
二,、界面問題
在鹵化物當(dāng)中是正極和負(fù)極界面的問題。松下的工作和韓國的工作已經(jīng)充分證明它和硫化物比具有非常穩(wěn)定的正極界面,。我們的工作在液相合成時把正極材料放里面,，用少量的電解質(zhì)可以展示出它的高的能量密度。
負(fù)極是現(xiàn)在關(guān)鍵的問題,，跟各個企業(yè)都討論到用金屬鋰時怎么解決負(fù)極問題,，鹵化物正極是穩(wěn)定的，負(fù)極對著零伏還需要解決問題。通過計算,，必須尋找對零伏穩(wěn)定的材料,，讓它對負(fù)極穩(wěn)定。整個來說是雙層電解質(zhì),，一個正極電解質(zhì),，一個負(fù)極電解質(zhì)。這里提到姚教授最近的工作,，已經(jīng)展示出鋰對鋰非常的穩(wěn)定,。
另外一個方向，這種電解質(zhì)具有非常好的負(fù)極穩(wěn)定性,，比如通過計算,，這些電解質(zhì)對零伏電壓，已經(jīng)證明鋰對鋰是穩(wěn)定的,，所以這個方向是非常好的方向,，形成雙層電解質(zhì)，一邊是正極穩(wěn)定,，一邊是負(fù)極穩(wěn)定,。
三,、工程化問題
商業(yè)化,、工程化非常重要。我們在開展,，特別是合作,，和國聯(lián)研究院、加拿大公司與我們聯(lián)合實驗室,，最近廣東佛山固態(tài)電池中心一起開發(fā)軟包系統(tǒng),，這里需要做很多細(xì)致的工作。特別是要做高能量密度固態(tài)電池時,，我們要做超薄的電解質(zhì),，只有少用固態(tài)電解質(zhì)，多用活性材料,，能量密度才能體現(xiàn)出來,。超薄電解質(zhì)的制作有很多方法，特別是從液態(tài)發(fā)展到干電極法,，我們做了一些展示,，能把它做成15-20個微米級別，展示在氧化物,、鹵化物和硫化物體系當(dāng)中,，能夠把全電池做出來。這個方向最近發(fā)展很快，包括寧波所,、物理所,、美國阿貢國家實驗室都在開發(fā)干電極法，特別是上個月我開IBA國際會議時,，德國組給我們很多啟發(fā),，這個組就是用卷對卷的整個過程。所以這里還有很多挑戰(zhàn),。
這里需要做幾個方向的工作：
一是開發(fā)新型電解質(zhì),，今天講的是鹵化物電解質(zhì)開發(fā)，最近四年的過程進(jìn)展非常多,，已經(jīng)到了10-2,，還需要解決進(jìn)一步的成本和批量化生產(chǎn)。
二是界面問題,，需要開發(fā)熱力學(xué)和動力學(xué)穩(wěn)定的對金屬鋰的界面,。電極開發(fā)，在軟包上,，特別從濕法到干法的開發(fā)過程,，需要有幾個關(guān)鍵點，電解質(zhì)開發(fā)界面設(shè)計,、電機(jī)工程和軟包制作,。
兩點建議和感受：
第一，要極大的加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,，非常重要,，特別是企業(yè)和高校，因為我們有強(qiáng)大的企業(yè)和工程團(tuán)隊,，我們擁有世界上最多的固態(tài)電池開發(fā)人員,，我們怎么能結(jié)合起來，1+1>2的過程,。
第二,，應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，這一塊非常重要,，包括重視專利布局,，只有創(chuàng)新，才能創(chuàng)造顛覆性的技術(shù),，只有好的專利布局,，才避免“卡脖子”問題。
感謝我的研究組,，這些年共培養(yǎng)了140人,，其中70人回到國內(nèi),，特別是最近兩年12人有固態(tài)電池經(jīng)驗的已經(jīng)回到國內(nèi)，包括回到中國有研廣東新材料研究院固態(tài)電池中心,，希望有更多的人回到國內(nèi)來做貢獻(xiàn),。謝謝大家！
（注：本文根據(jù)現(xiàn)場速記整理,，未經(jīng)演講嘉賓審閱）
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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