前幾天，庫叔一篇題為《這個資源全球都在搶，一條新聞引發(fā)中國股市動蕩！特斯拉要干什么？》的稿子引起了熱議。文章提到，鋰離子電池的到來給不僅給電動汽車大發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，還改變了人類社會生活的方方面面。同時，不同技術(shù)路線還會與全球汽車社會和能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生密切而微妙的聯(lián)系。
今天庫叔轉(zhuǎn)發(fā)中國工程院陳立泉院士的一篇講話，則側(cè)重從中國電池產(chǎn)業(yè)的角度出發(fā)，詳細論述了“電動中國”所面臨的機遇和挑戰(zhàn)。
2019年諾貝爾化學獎授予了美國科學家約翰·古迪納夫、斯坦利·惠廷厄姆和日本科學家吉野彰，以表彰他們在鋰離子電池研發(fā)領(lǐng)域作出的貢獻。鋰電池，這種輕巧且可充電且性能強勁的電池，改變了人們的生活，也為構(gòu)建一個零化石燃料使用的社會提供了可能。
可有誰能想到，1991年日本第一個將鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化之后卻不斷萎縮，反倒是中國將這個產(chǎn)業(yè)一步一步做到了世界第一。這中間究竟發(fā)生了什么？鋰離子電池為人類創(chuàng)造了一個新的可充電的世界，而以鋰離子電池為基礎(chǔ)構(gòu)建的“電動中國”計劃，則正在幫助我們擺脫對化石燃料的依賴。
但是，如今，鋰離子電池也面臨諸多現(xiàn)實挑戰(zhàn)，安全事故時有發(fā)生，續(xù)航能力有限，能量密度提升已接近上限，鋰離子電池未來何去何從？面對固態(tài)電池、鈉離子電池、氫氧燃料電池等電池新勢力，誰才是未來的終極電池？
圖為中國工程院院士陳立泉 圖片來源：中國經(jīng)濟大講堂
早在2001年，汽車動力鋰電池還不被大家所看好。當選中國工程院院士的陳立泉，向時任863計劃電動汽車重大專項負責人萬鋼請求：“希望能給鋰離子電池一個機會?！笔旰?，他成功地將鋰電池材料研究這個曾被邊緣化的冷門學科產(chǎn)業(yè)化，解決了鋰離子電池規(guī)模化生產(chǎn)的科學、技術(shù)與工程問題，實現(xiàn)了鋰離子電池從“中國制造”到“中國智造”的大轉(zhuǎn)變，助推我國鋰電池產(chǎn)業(yè)從并跑到領(lǐng)跑，實現(xiàn)了對日韓等鋰電傳統(tǒng)強國的超越。2007年陳立泉榮獲國際電池材料協(xié)會終身成就獎，他開展的全固態(tài)鋰電池、鋰硫電池、鋰空氣電池、室溫鈉離子電池等研究，為開發(fā)下一代動力電池和儲能電池奠定了基礎(chǔ)。
2019年諾貝爾化學獎的獲得者分別是Whittingham（斯坦利·惠廷厄姆）Goodenough(約翰·古迪納夫)以及日本的科學家Akira Yoshino（吉野彰），這三個人的貢獻是不一樣的。
斯坦利·惠廷厄姆教授，實際上他剛開始是研究超導(dǎo)材料。關(guān)于超導(dǎo)材料他沒有做什么工作，但是他發(fā)現(xiàn)硫化鈦這個材料可以制成鋰跟硫化鈦電池，就是鋰作負極。這種電池的安全性比較差，后來因為出了安全事故把一位日本小姐的臉燒了，后來這個公司就停了。
之后約翰·古迪納夫就合成了一種化合物叫鈷酸鋰，鈷酸鋰是一個層狀化合物，可以做鋰離子電池的鋰源，它結(jié)構(gòu)還是穩(wěn)定的，這是古迪納夫的貢獻。吉野彰看了古迪納夫1978年的文章以后，就想辦法用它去做一種電池。它的負極不用金屬鋰，而是用碳纖維來做負極，做成這種電池，這種電池后來就叫鋰離子電池。
實際上鋰離子電池已經(jīng)改變了世界，改變最大的就是給我們?nèi)粘Ｉ顜砹撕芏嗟姆奖愕牡胤健ＶZ貝爾獎在聲明里頭就說從智能手機、筆記本電腦等消費電子產(chǎn)品到電動車和風能、太陽能等大型的儲能裝置，如今鋰離子電池已成為我們生活中不可或缺的能量源。我跟鋰電池打交道大概有四十幾年的時間，今天我想以鋰電池與“電動中國”跟大家一起來交流。
1、我國鋰電池產(chǎn)業(yè)是如何做到世界第一的？
從2018年全球電動汽車電池企業(yè)市場份額的排名情況來看，前10名中排名第一的是寧德時代，就是CATL，第2名是日本的松下公司，第3名是比亞迪，一共10名。2018年，中國有6個鋰電池企業(yè)位居動力電池世界市場占有率前十。寧德時代是百分之37.23%，穩(wěn)居第一，日本松下公司只有21.54%，排名第二，但是差十幾個百分點。
中國鋰離子電池產(chǎn)量為什么能夠世界第一？這要從開始來講起。
中國鋰電池研究并不晚，幾乎和世界同步。1976年的圣誕節(jié)之前，科學院派遣我到西德。那個時候德國還沒有統(tǒng)一，東德、西德是分開的。我到西德斯圖加特馬普固體所進修，當時我很快發(fā)現(xiàn)他們?nèi)舷露荚谘芯康嚲w的性能，我感到很奇怪，為什么大家對氮化鋰這么感興趣？當時才知道氮化鋰是一個離子導(dǎo)電的材料，據(jù)說是一種叫超離子的導(dǎo)體，可以用來作汽車的電池。我聽到這句話之后馬上在腦子里想了一下，我是不是要改方向。
他們的研究所有個開門辦所，有一天對社會開放，他們就把這個氮化鋰，這一個類似于扣子似的小電池擺在桌子上，旁邊放了一個鉛酸電池。我一看，一個鉛酸電池很沉，一個扣式電池很輕。我就想這個東西的確是很有用的，所以我馬上就給國內(nèi)所里打報告，我說我要改行，從晶體生長改到新的學科，叫固體離子學。大概一個月以后，所里給我回信，允許我改行?；貒院螅茖W院非常支持把這個項目給物理所，說應(yīng)該給這個年輕人建個研究室，所以很快就成立了一個固體離子學實驗室。這是當時國內(nèi)第一個固體離子學實驗室，也是物理所最小的一個實驗室。我從事的工作就是鋰離子導(dǎo)體和鋰電池研究。
1991年索尼公司宣布產(chǎn)業(yè)化以后，物理所迅速跟進了。當時我們就在思考怎樣能夠邁出產(chǎn)業(yè)化的第一步。我們做研究的單位是把錢變成知識，如果投資的單位是把技術(shù)變成錢。怎么想辦法能把知識變成技術(shù)，就是怎么能夠銜接上，我們提出了一個思路，就說能不能想辦法讓研究單位往前走幾步，讓投資單位往前走幾步，我們在“橋”中間會合。所以就找了一個投資方，1993年簽訂了一個A型鋰離子電池的研究開發(fā)協(xié)議，投資方給的經(jīng)費是10萬元錢，同時更重要的是派了三個人來。這三個人當時對我們有很大支持，因為當時實驗室我就一個碩士生，人手很缺乏。
很快1995年第1塊鋰電池就從中科院物理所誕生了。當時的這個手機叫“大哥大”，可能年紀稍稍大一點知道，“大哥大”就是像一個磚頭一樣的一個手機，當時拿個“大哥大”是一種身份的象征。A型鋰離子電池就是“大哥大”的電池。中科院鑒定以后認為，當時這個水平達到世界先進水平，可以再進一步往下走，這就是當時我們在實驗室怎么樣從知識變成了技術(shù)，走出了這一步。
現(xiàn)在有一種觀點說鋰電池是日本人發(fā)明的，中國在鋰電池方面技術(shù)不行，只是在應(yīng)用水平上比較領(lǐng)先。鋰離子電池的發(fā)明肯定不是日本人，要不諾貝爾獎怎么是給兩個美國人和一個日本人。所以說鋰離子電池是日本人發(fā)明的這個話不完全對，可以說鋰離子電池是日本人先產(chǎn)業(yè)化的，這句話是對的。
我們可以從這張圖看得出來，日本人最早1991年宣布產(chǎn)業(yè)化，市場占有率是100%，然后一直往下掉，現(xiàn)在還在往下掉。連索尼公司都不做鋰離子電池了，它的鋰離子電池賣給了另外一個公司。韓國人跟中國人是往上走的，到2014年我們中國的動力電池、鋰電市場份額已經(jīng)超過了日本跟韓國，處于世界的第一位，現(xiàn)在還在往上升。
我們鋰電池技術(shù)從目前發(fā)展的情況來看是不錯的。實際上是學術(shù)界、工程界和產(chǎn)業(yè)界的一個合作，是研究院所和大學的通力合作，高度重視原始創(chuàng)新、基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究緊密結(jié)合，加快研究成果的產(chǎn)業(yè)化進程。
Goodenough(約翰·古迪納夫)發(fā)現(xiàn)了普遍使用的正極材料鈷酸鋰還有磷酸鐵鋰，但這兩種材料都有缺點。鈷酸鋰實際上只能取出0.5摩爾的鋰，而磷酸鐵鋰實際上是個絕緣體，都有缺點。我們想辦法找出它的缺點，然后通過理論計算和試驗相結(jié)合進行了改性并且取得了專利權(quán)，這個專利權(quán)對于我們鋰離子電池的發(fā)展起了非常重要的作用。
前幾年比利時的五礦公司要到中國來收鋰離子正極材料知識產(chǎn)權(quán)費，據(jù)說是一噸要收5萬。做鈷酸鋰三元材料大概一噸的利潤可能也不到5萬，他們就到海淀知識法庭把我們告了，后來中國的做正極材料的企業(yè)聯(lián)合物理所和他們庭外和解，因為我們有這個專利，所以他們再也沒有提要收專利費的問題。看得出來，不是我們的原創(chuàng)材料，但是我們做了工作，我們也申請了我們的專利，對于保護我們自己的企業(yè)是很有好處的。
第二個例子就是磷酸鐵鋰。它是個絕緣體，我們通過理論計算，它是個一維的離子導(dǎo)體，如果說你在鋰位摻上鉻這種大的離子的話，就把這個鋰的通道堵塞了，這樣是不行的，沒法用。后來就有人又提出來一個在鐵位摻鈉。鐵位摻鈉的時候，顏色變黑了，電導(dǎo)率也提高了幾個數(shù)量級，它的離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率都挺好。所以法國和德國科學家認可這個工作，這是唯一的一條可行的路，打破了國外的原始專利對磷酸鐵鋰材料的壟斷。這樣才有我們現(xiàn)在各鋰電池企業(yè)在相當大量地使用磷酸鐵鋰材料，不受國外知識產(chǎn)權(quán)的影響。
從這兩個例子可以看得出來，雖然我們沒有做原始創(chuàng)新，但是我們給它改性、再創(chuàng)新了，也是非常重要的。
剛才講的是兩個正極材料，那么現(xiàn)在我講負極材料，這是我們的原始創(chuàng)新了。清華大學很早就申請了天然石墨做鋰離子電池負極的專利。兩年前，它申請了國家的發(fā)明獎，這個發(fā)明獎就等于是承認了我們用天然石墨做鋰離子電池的負極是我們的知識產(chǎn)權(quán)。光有石墨還不行，石墨的容量是比較低的，372毫安時每克。硅的容量實際上是相當高的，那么硅能不能夠作為鋰離子電池的負極呢？1999年我就做了這個工作，申請了第一個專利。所以國際上第一個硅作負極的專利是我們申請的，這個是美國人也承認的。但是你要把它用上，還是相當困難的。從幾百毫克到幾百公斤，用了17年的時間，這17年我們走的路從文章變成技術(shù)，然后變成產(chǎn)品，變成市場。
我們現(xiàn)在的原材料基本上是已經(jīng)國產(chǎn)化，進口的量已經(jīng)相當少，同時我們的設(shè)備絕大部分也都是國產(chǎn)化的設(shè)備，更不用說員工的技術(shù)，現(xiàn)在基本上都是我們自己培養(yǎng)的技術(shù)。
從手機、數(shù)碼產(chǎn)品到電動汽車、輪船，鋰離子電池已經(jīng)在我們生活當中扮演著越來越重要的角色。但近些年，鋰電池安全問題引發(fā)的事故同樣令人印象深刻。三星手機電池起火爆炸，電動汽車碰撞起火甚至自燃，波音787客機發(fā)生鋰離子電池起火事故，生產(chǎn)生活受到新的威脅。除了安全問題，鋰電池的續(xù)航能力、電池循環(huán)使用壽命有限等問題，也常常被人們所詬病。能否避免鋰電池成為人們身邊的“炸彈”？如何破解鋰離子電池引發(fā)的各種“焦慮”？
2、如何破解鋰離子電池引發(fā)的“焦慮”？
現(xiàn)在有兩個問題，一個是安全問題，一個是里程問題，安全問題和里程問題都跟鋰離子電池有關(guān)系。
鋰離子電動車的安全事故時有發(fā)生，雖然它的安全事故并沒有燃油車的事故多，但是它是個新生事物，一旦有一個鋰離子電池車燃燒了或者是爆炸了，網(wǎng)上馬上就傳開了，而且傳得很快。這樣鋰離子電池電動車可能就會受一些影響，產(chǎn)銷都會受一些影響。里程問題是指鋰離子電池現(xiàn)在的能量密度還不夠高，充一次電大概行駛里程也就是100多公里、200多公里。
我覺得電動汽車應(yīng)該把車跟電分開，就是買車和買電池要分開。最好是買一輛電動車，我每天上班，如果是從天安門到清華或者到五環(huán)路就可以，可能也就是30公里，那是不是買一輛車能開30公里就行了？不一定非得要開100多公里、200公里，也就是說裝10度電就夠了。那么車子的錢加上這10度電的電池的錢肯定不會超過10萬元錢，大概五、六萬我就可以買一輛車。但是我要開長途車怎么辦？能不能我開長途車的時候再去租電池？也就是說要專門成立一個電池的公司。
實際上我是不主張快充的，因為現(xiàn)在鋰離子電池的機理決定了它是插入式反應(yīng)，就是說你要允許離子能夠有時間把它插進去。而且現(xiàn)在我們所用的正極材料也好，負極材料也好。負極材料用石墨，石墨是個層狀結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)只有離子要對著那個層才能插進去。如果說正好那個石墨跟它離子是垂直的，它進不去，它就要轉(zhuǎn)一個90度才能進去。所以你要給它一個轉(zhuǎn)90度的時間，如果說你不給它一個時間，直接快充的話，它轉(zhuǎn)不過去就會在石墨片上沉積下來，這樣對電池壽命是不利的。同樣，放電的時候，如果特別快地放電，倍率太大了也不行，它也是層狀結(jié)構(gòu)的。一個正級材料它回去也是一樣，它是要找準那個狹縫它才能進去，如果它找不準的話也進不去，也要等著有機會它才能往里走。所以說我不主張快充，我是最希望換電池的。適當?shù)谋堵食涫强梢?，但是特快了不行，換電模式是好，但是做起來相當困難，標準不好統(tǒng)一。這個一定要國家統(tǒng)一來考慮，如果說國家不出臺政策統(tǒng)一考慮的話，那是很難做的。
現(xiàn)在蔚來公司有一種換電的模式，它從北京開到深圳，每開一步它是有地方換電，幾分鐘就可以換完，充電最快是大概一刻鐘，就是喝一杯咖啡的時間。一刻鐘已經(jīng)是夠快的了，換電的話它幾分鐘就可以換完。因為我最早參觀換電是在清華，清華里頭有一個換電的裝置，車開上去之后就把車給頂起來，換電的裝置都在地底下，很快就把它換掉了。但是這個車一定要標準化，電池一定要標準化。所以這就要求國家要統(tǒng)一出臺政策，就是換電的政策。
我大概一個月以前，在北京打了一個出租車，從圓明園到中關(guān)村，我坐的正好是電動汽車。我就問他，這個車跑一天充幾次電，他說我不充電我是換電。我說北京有換電嗎？他說有，北京出租車全部是換電。就是說現(xiàn)在換電他不用管，你開到那兒去，就有人幫你把電換了，他們還是喜歡開電動出租車。所以將來我們解決退補以后，我覺得一個不讓銷路往下滑的很重要的事，就是我們是不是可以再回過來重新考慮換電的模式。
從2009年開始，我國汽車產(chǎn)銷量連續(xù)11年位居全球第一。隨之而來的則是石油消耗量劇增、空氣質(zhì)量惡化等一系列棘手問題。前所未有的能源危機，讓新能源的開發(fā)利用迫在眉睫。對汽車來說，不管什么樣的新能源，最終都是轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動車輛，而電池作為儲存電能的動力核心，其性能在新能源汽車的研發(fā)中扮演著極為關(guān)鍵的角色。鋰離子電池能否根治“汽車病”？它能不能幫助我們構(gòu)建起能源互聯(lián)網(wǎng)，破解能源危機？
3、“電動中國”能否破解能源危機？
我們發(fā)展電動車不是為發(fā)展電動車而發(fā)展電動車，實際上是跟我們國家的能源情況密切相關(guān)的。2004年，我們工程院做的一個咨詢項目，就是2050年中國的油氣資源的情況怎么樣。這個執(zhí)行項目的結(jié)果大概是這樣：到2050年，我國自產(chǎn)石油大概每年1.8億噸是沒問題的，就是說從現(xiàn)在開始到2050年還可以在1.8億噸每年的這個水平。
實際上這條紅線就是1.8億噸，去年大概是1.9億噸，石油的對外依存度最好不要超過50%。2017年進口石油是4.2億噸，國產(chǎn)石油1.92億噸，對外依存度到了68.6%，已經(jīng)遠遠超過50%了。那么我們的汽車的保有量是2.17億輛，每千人是167輛，世界平均每千人是131輛，我們現(xiàn)在比世界平均水平稍稍高一點，但跟美國的每千人800輛那還差得遠。汽車的油耗，如果說按照一輛車一年平均兩噸油來算的話是4.3億噸油，也就是說，我們進口4.2億噸給汽車用掉了。
最近發(fā)現(xiàn)了兩個大油田隱藏量是10億噸，這都是作為特大喜訊報的。我問了他們回采率是多少，他說回采率可能低于50%，大概40%。兩個油田的話，也就是說兩年不用進口，但是第三年還要進口，而且不可能老有像這種10億噸的油田被發(fā)現(xiàn)。所以從這個可以看得出來，我們的儲油現(xiàn)在只夠40天用，而日本的儲油是200天。我們國家儲油希望能夠是100天，這樣的話，實際上我們最近幾年這個儲油量已經(jīng)是大大增加了。
能源安全是一個很重要的事情，當時我們分了幾個組，一個是電取代組、煤取代組、生物質(zhì)能取代組和總體組。我是電取代組的，就是發(fā)展電動車取代進口油，這是我們電取代組的一個結(jié)論。另外要考慮全球二氧化碳的排放，因為我們是參加了《巴黎氣候協(xié)定》的，中國2010年二氧化碳排放量開始急劇往上升，最近幾年稍稍往下掉一點，然后又往上升了一點。中國的二氧化碳的排放量是世界第一，所以實際上我們受到的壓力是相當大的。
《巴黎氣候協(xié)定》規(guī)定溫度的升高不能高過兩度，這也是大家的希望。因為現(xiàn)在像我們國家的西部那些雪山好像也都開始融化，你看美國排放量比我們低，本來它是第1位，那么現(xiàn)在我們中國第1位。因為印度現(xiàn)在發(fā)展很快，它如果不控制的話肯定要遠超過中國。我們希望交通能夠電動化，小城市是自行車、汽車、公交車，大城市多一個地鐵，城市間現(xiàn)在有高鐵，現(xiàn)在有飛機、有船舶。我們希望包括高鐵、飛機 船舶都能夠電動化，就是電動汽車、電動飛機、電動船舶，這就要靠鋰電池。
最近沈陽有一個企業(yè)做了一架電動飛機，是兩個座的。但實際上你們從網(wǎng)上看的話，2010年上海一個民營企業(yè)已經(jīng)做了一個電動飛機，也是兩個人的，已經(jīng)試飛成功。實際上現(xiàn)在電動飛機做得好的是以色列人，現(xiàn)在做九個座位的。所以現(xiàn)在我們除了電動汽車，還要發(fā)展電動船舶和電動飛機。
實際上現(xiàn)在中國已經(jīng)有電動船舶了，是在廣州的一個2000噸的電動船，它用的電池的量大概是八十幾輛電動車的電池量，是在珠江運煤做運輸?shù)倪@個船。在上海也有500噸的這種船，不止一艘，有好幾艘了。另外在溧陽現(xiàn)在已經(jīng)注冊了一個電動船舶的公司，那是哈理工的李革臣教授注冊的一個公司。有人說電動汽車并不減少二氧化碳的排放，實際上這個電就從電網(wǎng)的電，從發(fā)電廠到用戶，它是分高峰電和低谷電。峰電和谷電它的價格不一樣，要鼓勵用低谷電。
另外，我們發(fā)展太陽能跟風能、水能、核能，這幾種能源對二氧化碳的排放當然是相當少，但是這些能源實際上它都要儲能的。原來我對太陽能沒有什么印象，我參觀過北京附近的張北我才知道，太陽能實際上更需要儲能。就說一朵烏云來了以后，把太陽一遮，它的發(fā)電突然一下就小了，幾乎就為零了。當這朵烏云一走，馬上這個電流就上來了，所以它比風電更需要儲能。風電，不管風來風走，我這個風葉還在那兒轉(zhuǎn)。風來的時候轉(zhuǎn)得快一點，風走了以后轉(zhuǎn)得慢一點，所以它不像太陽能那么厲害。風電、太陽能都需要儲能，所以現(xiàn)在有的地方棄風棄光，還有水力發(fā)電的棄水，我們棄風、棄光、棄水大概電量是1100億度電每年，可以夠600萬輛電動汽車用一年。實際上你只要能夠把儲能搞好了，你不要增加新的發(fā)電廠，不要多燒煤，你就把這個谷電用起來就可以了。
實際上就是我們要建一個能源互聯(lián)網(wǎng)，這個實際上已經(jīng)提了好幾年了。從我們目前的能源發(fā)展情況來看，現(xiàn)在就是肯定要發(fā)展一些風能、太陽能、水能，綠色化發(fā)展，核能不能說它完全是綠色，但它是個新能源，所以這些肯定是要發(fā)展。那么，要發(fā)展的話就肯定要把所有這些能源應(yīng)該有一個網(wǎng)把它“網(wǎng)”起來，所以就是說能源互聯(lián)網(wǎng)。
最好我買了一輛電動車，我走到哪兒我都能充電，就跟現(xiàn)在自行車一樣，我走到哪兒只要刷一下碼，有自行車在那兒，我就可以騎一輛車走。將來也能夠做到這么方便，我的汽車沒有電了，我走到哪兒我有一個充電樁，一刷碼我就可以充，或者說換電，這就當然是更不用說了?，F(xiàn)在說互聯(lián)網(wǎng)的概念還有云存儲的概念，實際上將來都可以把這些概念用在能源上。因為現(xiàn)在能源的話還是條塊分割比較厲害，就是國家電網(wǎng)它也是國家電網(wǎng)有一套，然后各個地方有地方一套。比方說現(xiàn)在是棄風棄光，那么它可能是為了減少棄風、棄光要各個省市分攤?cè)蝿?wù)，這當然是國家的一種辦法，但是如果能源互聯(lián)網(wǎng)真正實現(xiàn)的話，我就可以把新疆的風能、太陽能存儲起來，上網(wǎng)就可以了，別的地方有需要就可以用了，這樣就比較方便。我們現(xiàn)在有的地方電能很便宜，有的地方電能就很貴，如果能夠把新疆的電弄到需要的地方不是挺好嗎？我想能源互聯(lián)網(wǎng)就要起這個作用。
現(xiàn)在清華大學新成立了一個能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，就是想把互聯(lián)網(wǎng)的概念用在能源上，能夠把我們國家的能源將來就是把綠色能源增加，把化石能源減少，我想這是能源互聯(lián)網(wǎng)的一個作用。
4、誰才是未來的終極電池？
現(xiàn)在的鋰離子電池是液體電解質(zhì)，那么能量密度已經(jīng)基本上到了極限，大概300瓦時每公斤或者350瓦時每公斤，已經(jīng)到了極限。那么安全性問題時有發(fā)生，由于它一個能量密度有限，一個安全事故會發(fā)生，所以這樣我們要考慮固態(tài)電池。
固態(tài)電池它是什么呢？現(xiàn)在我們用的是鋰離子電池，更全面一點包括像鎳氫電池、鎳鎘電池、鉛酸電池這些都是液態(tài)電解質(zhì)的電池。固態(tài)電池可以做得跟鋰離子電池一樣，只不過把電解液換成是固態(tài)。它是固態(tài)，就是里頭不含液態(tài)或者液態(tài)含的很少。固態(tài)電池實際上不是一個新的東西，“六五”計劃、“七五”計劃我們就將固態(tài)電池列入重點課題，那么科技部也是第一個把固態(tài)電池這個課題列為重大項目。
固態(tài)電池的關(guān)鍵就是要研究固體電解質(zhì)材料，固態(tài)電池它的負極是用金屬鋰。中間這個電解質(zhì)是固體，固體電解質(zhì)不是液體，那么正極可以用不含鋰的正極材料，也可以用現(xiàn)有的這種正極材料。如果說能夠找出來不含鋰的正極材料，或者說容量更高的，我們就可以做出能量密度更高的固態(tài)電池，那么它的能量密度就可以大于每公斤500瓦時，那么它安全事故可以大大減小。
實際上固態(tài)電池不是說沒有短路的那一天，如果固態(tài)電池有短路那一天它會不會燃燒？金屬鋰在空氣里頭可能起某種反應(yīng)，但是它的量比較小，它不會爆炸，所以安全性應(yīng)該說是比現(xiàn)在的鋰離子電池應(yīng)該要安全。
固態(tài)電解質(zhì)基本上我們中國人沒有原始創(chuàng)新，比較少。既然要發(fā)展固態(tài)電池，一定要有我們的創(chuàng)新。常見的聚合物的材料就這么幾種，PEO (聚環(huán)氧乙烷)、PP0(聚環(huán)氧丙烷)、PAN(聚丙烯腈)，它們的室溫離子電導(dǎo)率都比較低。最近青島能源所崔光磊做了一些新的工作，他可以室溫下做到10的負4次方西門子每厘米，他的電池也用上了，所以應(yīng)該說有新的進展。米歇爾·阿芒德聽到崔光磊的報告以后，第二天就給我發(fā)個E—MAIL，說看來中國人再一次走到了世界的前列。
最近新引進的一位王雪峰博士，物理所把他引回來了，他把鋰離子電池和鋰氧電池混起來，他是用什么？用硫化鉬作正極，二硫化鉬它可以插鋰進去，也可以插氧進去，形成一個新的化合物?；炱饋硪院螅萘渴窍喈敻叩?。這個工作我們在物理所也申請了專利，所以這是新的一些思路，將來會對固態(tài)電池起作用。
所以我希望通過固態(tài)電池的發(fā)展來使我們國家能從跟跑、并跑一直到領(lǐng)跑。一直保持世界市場占有率第一位的位置。要保持這個第一位地位的位置，我想對目前的鋰離子電池的工作我們不能放松，就是有很多創(chuàng)新的工作、創(chuàng)新的成果我們要往產(chǎn)業(yè)化走。
日本人Kanno(菅野)我很佩服他，他一直堅持固體電解質(zhì)一直沒放，我覺得日本的這一點我們是值得學習的。我們的固態(tài)電池研究工作從鋰離子電池開始就基本上都放掉了、停掉了，但是現(xiàn)在，只是現(xiàn)在我們又回過頭來重新去做。我覺得重新去做也不晚，我們還可以，實際上還可以趕得上，從目前的趨勢來看我們還是有優(yōu)勢。所以鋰電池的工作，無論是鋰電池也好、固態(tài)電池也好、還是液體電解質(zhì)電池都是應(yīng)該是有很多工作要鼓勵創(chuàng)新的。
除了這個以外，其他電池一定要做，比方說鈉離子電池，你別看現(xiàn)在大家做鋰離子電池都是信心滿滿，但是全世界開的車都用鋰離子電池的話，實際上鋰是不夠的。昨天米歇爾·阿芒德也給了一個數(shù)據(jù)，就是說全世界10%的電動汽車都用電池來開的話，它大概需要多少電池 ？60多億噸還是多少，量是相當大的。這樣的情況下，一定要發(fā)展像鈉離子電池這一類資源比較豐富的電池。另外鋁離子電池、鎂離子電池或者是鋅離子電池這些實際上也應(yīng)該做的，特別是有些工作是我們有優(yōu)勢，是我們在先的。
鈉離子電池是我們有優(yōu)勢，第一輛低速電動車是我們演示的，第一個100千瓦的電站是我們演示的，然后就像鋅離子電池的專利，人家也承認是中國的首先的專利?，F(xiàn)在我們正在做鋰的或者鎂的固態(tài)電池，我覺得這些東西的話大家都是從頭做起，我覺得是我們只要抓住時機能夠不放棄，應(yīng)該說是有機會走到世界前頭的。
氫氧燃料電池不是電池，它實際上是個發(fā)電裝置。就是說你有了氫了，我通過它加上氧我可以發(fā)電、產(chǎn)生電，它是個發(fā)電裝置，不是電池。但是氫氧燃料電池我們一定要研究。氫它沒有礦，它不像鋰，鋰有鋰礦。中國的這個鋰的資源雖然是沒有南美洲那么多，但是我們還算是鋰資源比較豐富的國家，但是氫你沒有。你將來氫從哪兒來？有人說你電解水制氫呢?那當然是可以電解水制氫，大家都可以電解水制氫，但是電解水制氫要什么？要電。你有了電，以電解水制氫，然后氫你再把它裝瓶也好，把它液化，最后你再把氫又用氫氧燃料電池去發(fā)電。就是說開始是電，最后還是電，你都是用這電去開車。
如果說能夠解決太陽能光解水制氫這個問題，那么將來我們氫氧燃料電池的確是大有希望。氫氧燃料電池我們要研究，但是要大發(fā)展，就是說它要去取代鋰離子電池的這個地位，不是近期的事情。
我們目前應(yīng)該考慮怎么樣把“電動中國”從夢想變成現(xiàn)實，這是一個國家的急需。這些創(chuàng)新性很強的研究，不管你是再創(chuàng)新還是我們自己的獨創(chuàng)，都應(yīng)該讓中國鋰電池由跟跑到并跑，最終實現(xiàn)領(lǐng)跑，為實現(xiàn)“電動中國”的這個夢想奠定基礎(chǔ)。（本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號“中國經(jīng)濟大講堂”，原文首發(fā)于2020年3月2日，標題為《【深度】陳立泉：鋰電池如何驅(qū)動“電動中國”?》，不代表瞭望智庫觀點）
