中國儲能網(wǎng)訊：連續(xù)33年保持高增長，平均年增速達23%，2023年全球市場份額達73.8%……中國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)正以絕對優(yōu)勢領跑全球，成為當之無愧的產(chǎn)業(yè)霸主。
一個產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)、高速發(fā)展，離不開政產(chǎn)學研金用等一系列鏈條的全面推進和高度協(xié)同，其中，科學研究作為產(chǎn)業(yè)鏈的起始端，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強大基礎和動力。近日，深圳商報·讀創(chuàng)客戶端記者專訪中國科學院物理研究所研究員、博士生導師李泓，了解一枚電池從實驗室走向工廠、走向世界的故事。
科研突破助力產(chǎn)業(yè)騰飛
“我們團隊創(chuàng)始人是陳立泉院士，他帶領大家從1976年開始涉足電池開發(fā)，參與和見證了電池技術的發(fā)展歷程?！崩钽谠L問開始時介紹道。1976年，在我國還是鉛酸電池和鎳鎘電池的時代，陳立泉院士在一次出國交流中，敏銳地預見氮化鋰在固態(tài)電池和新能源汽車儲能領域的前景?；貒?，便帶領團隊一頭扎進了固態(tài)離子學的相關基礎研究。經(jīng)過長達12年的不懈研究，1988年，我國第一塊固態(tài)鋰電池在中國科學院物理所誕生。
1991年，團隊開始轉攻液態(tài)鋰離子電池研究。在當時極其有限的科研條件下，通過自主研發(fā)，取得了一系列突破性進展。1998年秋，陳老師和黃學杰等老師，依靠自制的設備、國產(chǎn)原材料和中國人自己的技術，團隊建成了第一條年產(chǎn)量20萬支A型圓柱形鋰離子電池的中試生產(chǎn)線。這是中國第一條正式投產(chǎn)的鋰離子電池中試生產(chǎn)線，解決了規(guī)模化生產(chǎn)鋰離子電池的主要技術和工程問題，為探索我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化道路作出了奠基性貢獻。同年，北京星恒電源有限公司（2003年遷址，改為蘇州星恒電源有限公司）成立，第一批鋰離子電池產(chǎn)品進入市場，標志著我國正式實現(xiàn)了鋰離子電池商業(yè)化。
憑借著科研團隊扎實的基礎研究和在核心技術、關鍵材料上的不斷突破，我國鋰電池產(chǎn)業(yè)綜合實力迅速上升。從1991年開始，鋰電池產(chǎn)能以平均每年23%的增速躍升，到2014年，國際市場占有率開始位列世界第一。此后，中國鋰電池制造一馬當先，一直穩(wěn)居世界第一，近幾年全球市場占有率更是一度超70%。
在極致中持續(xù)探索技術和性能邊界
隨著液態(tài)鋰離子電池材料和技術的不斷發(fā)掘和提升，液態(tài)鋰離子電池性能的大幅度提升也越來越困難，同時，各類新應用場景的涌現(xiàn)對電池的能量密度等性能也提出了更高的要求。
“如果能將容易燃燒的液態(tài)電解質(zhì)轉化為不容易燃燒的固態(tài)電解質(zhì)，可能能顯著提升電池的安全性、能量密度、高溫穩(wěn)定性、循環(huán)壽命以及充放電電壓等。”李泓介紹，這讓固態(tài)電池的研發(fā)成為各國研發(fā)團隊“角力”的新“戰(zhàn)場”。
2013年–2018年，團隊開始專注半固態(tài)和全固態(tài)電池的研發(fā)。2016年提出了電解液通過熱引發(fā)和電化學反應實現(xiàn)原位固態(tài)化的方案，經(jīng)過五年的系統(tǒng)研究，在關鍵材料、關鍵工藝等方面取得了一系列突破性進展。例如，2021年，團隊實現(xiàn)原位聚合固態(tài)化界面融合等核心工程化關鍵技術，成功將液態(tài)電解質(zhì)轉化為更安全、更穩(wěn)定、能耐更高電壓的固態(tài)電解質(zhì)。該技術的突破，使電池的能量密度和安全性都得到顯著提升。同時，憑借正極、負極的高能量密度的新解決方案、固態(tài)電解質(zhì)涂層隔膜、預鋰化等新材料、新工藝的突破，實現(xiàn)了360Wh/kg高能量密度的動力電池從中試到量產(chǎn)的突破。
“360Wh/kg的動力電池，可以讓當前的電動汽車一次充電續(xù)航里程達到1000公里，有效解決新能源汽車最重要的安全問題和里程焦慮?！崩钽榻B。據(jù)悉，2023年6月，360Wh/kg固態(tài)電池已經(jīng)在湖州工廠開始量產(chǎn)下線。“這是這一級別高能量密度動力電池在全球范圍內(nèi)的首次規(guī)模量產(chǎn)，標志著第一代固態(tài)動力電池從實驗室通過了中試研究，進入到了規(guī)模量產(chǎn)的商業(yè)化階段?！崩钽f。
但他表示，這還只是固態(tài)電池的2.0版本。他認為，固態(tài)電池將經(jīng)歷從1.0版到4.0版四個階段的提升。“1.0是混合無機氧化物固態(tài)電解質(zhì)，2.0增加了原位固態(tài)化，3.0是準固態(tài)的開始，4.0是全固態(tài)電池?！崩钽f。他認為，全固態(tài)電池技術成熟后，必將推動交通革命、能源革命以及其他尖端科學領域的技術革命，進一步提升我國電池研發(fā)生產(chǎn)的核心競爭力。
“目前，我們在繼續(xù)提高混合固液電解質(zhì)電池技術成熟度的同時，抓緊優(yōu)化準固態(tài)電池和全固態(tài)電池的開發(fā)。希望在2027年左右，能實現(xiàn)全固態(tài)電池樣品量產(chǎn)和上車的應用示范。”李泓說。但這必將是一個漫長和充滿挑戰(zhàn)的過程，需要不斷探索技術和材料性能的邊界，從而取得更進一步的突破。
產(chǎn)學研用均有強勁增長空間
科研的目的是推動科技進步、解決實際問題、創(chuàng)造社會價值。這些目的的實現(xiàn)，離不開科研成果的轉化和應用。李泓介紹，中國科學院物理研究所在深耕科研技術的同時，也在積極推動這些技術的產(chǎn)業(yè)化落地。
“我們在固態(tài)電池和鈉離子電池方面，已經(jīng)擁有上千項專利。我們的目標是將這些技術轉化到龍頭企業(yè)或孵化優(yōu)秀的專精特新初創(chuàng)企業(yè)，讓科研成果服務于產(chǎn)業(yè)和社會?！崩钽榻B，中國科學院物理研究所從1995年開始探索產(chǎn)業(yè)化道路，截至目前，已推動孵化了27家企業(yè)。比較突出的是，2016年孵化的北京衛(wèi)藍新能源科技股份有限公司，該公司目前規(guī)模量產(chǎn)1.0-2.0的半固態(tài)電池。2017年，中科院物理所將硅負極相關的10項專利轉化到天目先導電池材料科技有限公司，實現(xiàn)了技術的轉換和應用。經(jīng)過7年努力，目前該公司已經(jīng)成為第三代硅碳負極材料的主流供應商。
從2023年開始，團隊研發(fā)的氧化物固態(tài)電解質(zhì)技術以及基于原位固態(tài)化的材料，已經(jīng)開始在產(chǎn)品中應用。團隊也與行業(yè)龍頭企業(yè)合作，采用了合作開發(fā)的材料，推動了一批高能量密度的手機電池的應用，例如：藍海電池和青海湖電池等。
李泓表示，先進電池的產(chǎn)業(yè)化，不僅需要科研技術的突破，還需要政產(chǎn)學研金用的緊密結合。其中，政府政策的支持，是引領和規(guī)范行業(yè)發(fā)展的基礎?！罢ㄟ^對前瞻性技術研究的支持，鼓勵科技創(chuàng)新、推動技術開發(fā)，確保我國鋰電池產(chǎn)業(yè)保持領先地位的關鍵；通過政策引領和標準化體系的建設，規(guī)范整個行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，助力培育良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)等等，都是行業(yè)蓬勃發(fā)展的基礎條件?！崩钽f道。深圳作為全國重要的“電池之都”，目前鋰電池相關企業(yè)已超4000家，已形成從關鍵材料生產(chǎn)、電池裝備開發(fā)、鋰電產(chǎn)品制造到電池回收再利用等完整產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)。2023年，深圳先進電池集群主導的產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值近3000億元，產(chǎn)業(yè)市場持續(xù)穩(wěn)步高質(zhì)量增長。
連續(xù)33年保持增速，全球市場占有率超七成，我國鋰電行業(yè)是否存在飽和或產(chǎn)能過?，F(xiàn)象？未來的整體走向如何？李泓表示依然高度看好鋰電池產(chǎn)業(yè)前景。他介紹，一方面，我國鋰電產(chǎn)業(yè)規(guī)模越來越大，產(chǎn)能持續(xù)保持高增長，行業(yè)高水平競爭加劇，另一方面，鋰電服務的領域和場景也越來越多，行業(yè)滲透率越來越高，隨著全球能源轉型、各類新應用場景的不斷涌現(xiàn)，全球對鋰電池的性能需求和數(shù)量需求也在不斷變化和提升。
“在技術方面，我們也儲備了混合固液、半固態(tài)、全固態(tài)等大量具備進一步提升電池綜合性能和性價比潛力且尚未產(chǎn)業(yè)化應用的新技術。所以，無論是從科學、技術、產(chǎn)業(yè)，還是應用上來看，我國鋰電產(chǎn)業(yè)具備非常強勁的增長空間和發(fā)展基礎，未來在全球市場還將會有大規(guī)模的增長?！崩钽J為。
