中国粉体网讯 7月7日，2021中国国际锂电产业大会（简称金砖锂电论坛）在上海汽车会展中心顺利召开。本届金砖锂电会议为期两天，主题为以“新技术、新应用、新发展”为主题，采用“会议论坛+展览展示+体验营销”三位一体的创新模式，多项重点活动同期同地举办，充分协同联动，品牌效应和影响力大幅提升。加拿大国家工程院院士、上海大学理学院院长、上海大学可持续能源研究院院长张久俊出席论坛并发表主题演讲——《全球电动汽车电池及锂电池的发展：现状、挑战、展望》。
以下为演讲实录：
非常感谢大会的邀请，有这样一个机会和大家分享一下关于目前全球锂电池发展的状况。
一、新能源电动车发展的趋势
目前，全球汽车总量大约是17亿辆。其中，中国有2.7亿辆。这些汽车绝大部分都是烧汽油或者烧
柴油的，烧汽油就带来一种不可控的污染，排出的二氧化碳、一氧化碳、氧化氮、氧化硫等等污染物到大气中，造成大气污染，对于人类可持续发展造成威胁，这是目前汽车存在的问题。为什么我们说新能源电动车发展有它的趋势？首先，世界上各个主要发达国家都把发展新能源汽车列为国家战略。去年以及前年，德国、法国、英国这些发达国家都纷纷宣布，到2040年左右他们国家要禁售燃油车。我们中国也在考虑这个问题，但是能不能到2040年把所有的燃油车都取代掉，我自己觉得可能有点为时过早。但是这是一个大的趋势，告诉我们将来都要发展电动车。
为什么要发展电动车？目前我们国家在大力提倡碳中和，双碳目标，到2060年中国要达到碳中和。要达到碳中和，国际上的《巴黎协定》规定，在2100年前要把全球平均温度控制在2摄氏度之内。所以到2040年，全球电动汽车数量需要达到6亿辆。电动车里面主要就是电池，不管是燃料电
池、锂电池或者其他电池，它就是电池。
二、电化学能源技术
什么是电化学的技术？电化学技术是目前被认为最可靠、最有效的能源，它包括很多。这里面大概列出来十多种，常见的锂电池，燃料电池、二氧化碳还原、镍氢电池等等，还有金属空气电池，这些都是电化学技术，其中有几样可以用在电动车上。
怎么样衡量电化学技术？有五个大的指标。
1.能量密度要高，尤其在汽车利用，能量密度是非常重要的问题，牵涉到汽车的续航里程。
2.功率密度，存的能要在多长时间可以排放出去，如果存了大量的能，但是很慢的排放出去，功率密度就比较低。尤其在汽车上是不可用的。
3.循环寿命。汽车能够充换电多少次，这也是很重要的。
4.价格。这个电池再好，但是非常贵，那也不利于产业化。除非在一些非常特殊的环境下，比如说空间电源上，可以不计价格，或者军事上不计价格。但是作为民用，大面积推广，价格还是降下来的。
5.安全性。安全性应该是第一，这是非常重要的一个方面。
五个大的标准来衡量电池的好坏。
这是我根据能量密度、功率密度、寿命和价格，总结出来的各种电池有不同的直白，可以根据你的需要来选择不同的电池。当然，这里面有很多电池还处在早期的发展阶段。比如说金属空气电池，能量密度特别高，但是现在处于发展阶段。燃料电池现在可以在汽车利用，但是价格特别贵，所以也不适用于大规模生产。在燃料电池方面要花大力气解决降价和设施的问题。
三、锂电池发展的趋势
锂电池有很多的应用：
1.运载装备，应用在汽车上。
2.能源存储，光伏发展非常快，风能发展非常快，这些可持续能源必须要储存起来，才能够应用，锂电池起到非常大的作用，尤其是磷酸铁锂电池。
3.电子通讯。
4.国防航天。
锂电池有非常有广泛的应用。下面讲一下锂电池以及全固态锂电池。为什么这个电池被选用在汽车上？因为它能量密度高、功率密度高，有很多优势。目前，锂电池主要用在电动汽车以及家用电器上。
目前，它存在什么问题？
1.电池寿命不够。
2.在汽车里用，能量密度不够。
3.安全性问题，我们要提高能量密度，假如我们用磷酸铁锂可能稍微好一点，但是还是有安全问
题。研发方向是发展新的材料，提高能量密度和功率密度。在汽车上，要提高循环寿命和减少充电时间，提高安全性。
这是锂电池关键材料技术路线发展，从这里可以看到锂电池包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液、导电剂，一代一代的发展都是不一样的。材料随着不断的进展，第一代锂电池的能量密度大概是100Wh/Kg，第二代变成了200Wh/Kg，第三代变成200-320Wh/Kg，第三代基本上是用三元体系。
这是我们在锂电池方面合成的负极材料，金属氧化物的负极材料，进一步提高能量效率。
第二个可以用到汽车里的电池是可充电锂硫电池，能量密度和功率密度都很高，目前存在一个问
题，循环寿命还不行，最好的可以达到800次、900次，甚至1000次，但是这个在汽车应用完全不
够。另外，安全性能也要进一步提高。
第三种可以用在未来汽车上的就是金属锂空气电池，锂空气电池尽管目前发展不是那么快，但是做的非常好。最大的优势是理论能量密度非常高，可以达到30Wh/Kg，相当于锂电池的10倍。但是目前发展还是受限于循环寿命，另外一个是操作条件。
我们做了空气方面的材料，这些材料看起来都比较漂亮，不漂亮的话发表不出去文章，所以我们力求做的材料比较漂亮，看起来非常漂亮，颜值高，但是不一定好用。但是我们这个材料还是相当不错的。
目前全球电动汽车锂电池状态，化学组成和最佳实用性能。里面的Chemistries、主要的发展公司、电池的model、能量密度、循环寿命以及价格。能量密度一般都可以达到300Wh/Kg，即使磷酸
铁锂也可以达到180左右，但是价格也都在100左右，循环寿命在1000-1500小时。
我们看看电动车发展的里程碑。首先要讲到它的续航里程问题，续航里程实际上是一个很大的问
题。从2014年的续航里程190公里充一次电，一直达到我们要求的至少在500-700公里的续航里程。
大家可能对续航里程的概念还不是太清楚，因为续航里程和能量效率是有关系的，假如这里有个标准的能量效率，在一定能量效率下的续航里程。我们到2030年要达到600Km/Kg，使我们的电池发动机系统能量密度要达到350Wh/Kg。
电池本身可能要求更高了，2020年1月-6月全球前20名电动车电池出货量及系统能量密度，这个出
货量非常大。尤其从2021年以来，各个大的锂电池公司，据我所知，机器全部开满24小时，订单已经订到明年去了。这是一个雷达图，里面有十个标准，中间的红色是锂电池目前能够达到的，这里面牵涉到能量密度，还达不到。功率密度也不好，可能最好的是日历寿命和循环寿命。但是在这些方面，还要进一步的提高。其中，我们要发展长续航里程的汽车，最关键的锂电池指标是能量密度，能量密度是最关键的指标，是技术更新换代的一个标志。当然，能量密度要在安全的条件下。
这是中科院李红教授的PPT，我借来用一下。从90年代一直发展到2020年，我们目前电池本身能够达到300Wh/Kg的水平。到2030年要求电池本身能够达到500Wh/Kg。怎么样能够达到这个指标？下面再和大家分享。能量密度和安全和紧紧结合起来的，从这个图中可以看到循环寿命以及它的能量密度。能量密度越高的电池，它的循环寿命越差劲。能量密度越低的电池，它的循环寿命越好，这就是一个自然规律。任何一个物体，能量密度越高，它肯定不稳定。但是，我们要怎么做呢？达到一定的循环寿命的时候，也有最高的能量密度，达到中间的优化，这是我们努力的目标。下一代锂电池发展的路线图，目前我们用的磷酸铁锂或者酸盐，到2020-2025年要发展固态电池和锂硫电池，到2025-2030年要发展锂空，目前一个单体的电池是350Wh/Kg，我们终极的循环寿命要达到3000次。
有效策略有这样几种，首先我们要认识到问题，这些问题造成的后果，后面有改进方式。
高能量密度在未来的发展趋势叫高能量密度全固态锂电池，这是我们未来发展的趋势。全固态锂电池的主要问题在什么地方？
电解质的导电性，包括氧化物的电解质、硫化物的电解质、聚合物的电解质，以及界面与兼容性两方面的问题。我们可以通过改进措施来达到全固态锂电池的发展。
我们看看目前对于全固态电池研究的发展现状，这里面列出了很多大公司，包括我们中国的几个大公司，他们用的电池类型，目前达到的参数以及应用场景等等，全固态锂电池实际上还是相当不错的，能轻意达到300Wh/Kg。
在未来我们要达到500Wh/Kg的锂电池，有哪几种电池可以达到呢？我列出来三种电池。
1.锂硫电池。
2.锂空气电池。
3.二氧化碳。
锂硫电池和锂空电池发展非常大，总体的趋向还是必须从液态电池到全固态电池。全固态锂硫电池
存在四个方面的问题。
1.硫导电率比较低。
2.体积膨胀。
3.Li负极安全性。
4.穿梭效应。硫产生反应以后，产生小分子硫化物，可以穿过溶液到负极上，产生穿梭效应。
我们也有很多的策略，业界也在做非常大的努力。第二个可能实现500Wh的电池是锂空电池，锂
空电池存在的问题，空气电极、催化剂、电解液等等问题，也要进行不断改进。
锂空电池改良策略，要开发合适的碳空气电极材料，发展双功能催化剂，这是非常重要的一个方面。寻求空气过滤等等方法，都是进行改良锂空电池的一些策略。
四、总结
1.基于化石燃料的汽车会造成污染并破坏我们的环节，必须用电动汽车取代燃油车。
2.液态和固态锂电池（包括锂离子电池、锂硫电池电池和锂空气电池）的进一步发展开发是实现电动汽车500Wh/Kg能量密度目标的必要策略。
3.提高能量密度、功率密度、寿命仍然是电池开发的研究重点。探索低成本的高性能电极、电解质材料是关键因素。
4.安全性是未来锂电池最重要的因素。
5.可以进一步探索锂二氧化碳电池，不光对我们碳中和起到一定的作用，而且能够达到500Wh/Kg
的目标，目前停留在概念阶段，要进一步发展。
这是我在过去十几年与博士后、同事和朋友编的书，里面有七八本都是我们自己写的英文书，大的出版社出版的，一共有26本。大家感兴趣的话可以上网看一看。
我们2017年和孙学连（音）院士在上海大学出版了一本英文杂志《电化学能源评论》，这个杂志
2018年进入SCIE。IFin2020：28.9052。大家如果有兴趣的话，可以读我们这本杂志，欢迎大家投
稿。这是我们上海大学可持续能源研究院锂电池中心的老师和同学，另外赵兵老师也是锂电池行业的知名人士。最后非常感谢大家耐心的听讲！谢谢！
（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅，仅作为参考资料，请勿转载！）
（中国粉体网编辑整理/茜茜）
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