干货满满值得回味！四院士把脉动力电池产业发展
7月21日-23日，由四川省人民政府、工业和信息化部主办的2022世界动力电池大会在四川宜宾举行。大会嘉宾云集，共话动力电池产业现状、难题及未来，中国科学院院士欧阳明高、成会明，中国工程院院士吴锋，欧盟科学院院士、中国科学技术大学教授孙金华四位院士在大会论坛环节发表了自己的真知灼见，《中国电子报》记者亲临现场记录整理，为读者奉上一盘动力电池领域的“知识大餐”。
2025年中国动力电池产值将超1万亿元
在开幕式上，中国科学院院士欧阳明高预测，2025年中国动力电池出货量将超过1TWh，产值超过1万亿元；未来十年，电池体系还将经历三次技术变革。中国动力电池产业发展迅速，全球竞争力强，但电池制造和正负极材料存在能耗大、成本高、二氧化碳排放高等问题，严重影响了产业可持续发展。对此，欧阳明高指出，一是要进行材料回收再生，通过循环利用节省资源，减少能耗，降低排放。二是要用绿电代替化石燃料，实现电池生产制造全生命周期的近零排放。欧阳明高认为，中国动力电池产业将会向西部转移。“四川锂资源丰富、水电发电量大、人力成本低，未来将会是具有最大潜力的电池生产基地，甚至是全球电池的生产中心。”他说。过去十年，中国动力电池技术不断突破创新，已实现成本大幅下降、竞争力大幅提升。2018年以来，中国动力电池行业在电池结构创新方面引领全球，宁德时代麒麟电池、比亚迪刀片电池、中航锂电软包电池等异军突起。欧阳明高表示，未来中国动力电池创新要从电池结构创新逐步发展到材料体系创新。他预测，未来十年，电池体系还将经历三次技术变革，于2035年前实现规模生产能量密度为500Wh/kg的下一代电池。欧阳明高指出，在技术创新方面，全固态电池最值得重视。目前，日本、韩国、美国在全固态电池技术方面已取得重要的进展，创新速度不断加快。他希望，中国电池产业加大创新力度，通过全球协作解决全固态电池的关键材料问题、界面问题以及组合电机的制备问题，实现电池综合性能提升。动力电池产业的智能化，包括智能设计、智能制造和智能控制，也是动力电池产业未来的发展趋势。“人工智能在电池使用中大有可为。”欧阳明高表示，“面向2030年，中国要提出新一代智能电池，实现从材料选择，电池设计、制造、使用、回收的全链条智能化。”
在22日举办的“动力电池产业供应链生态构建”分论坛上，中国科学院院士成会明指出，未来几年，我国废弃锂离子电池数量将快速上涨，发展低成本、高效且环境友好的回收技术迫在眉睫。成会明表示，现阶段，以化石能源为主的能源结构是我国碳排放增长的主要原因。在“双碳”目标下，实现碳中和的根本途径是开发和利用可再生能源，而高效利用可再生能源的关键则是发展高效、低成本的先进储能技术。锂离子电池作为电化学储能的一种，在储能领域发挥着日益重要的作用。成会明指出，随着新能源汽车和规模储能的快速增长，锂离子电池的消耗量与日俱增。预计到2040年，仅电动汽车电池组就将产生400万吨锂离子电池废弃物。然而，目前锂离子电池的实际回收量非常有限，目前世界范围内的锂离子电池回收比例不足5%。成会明表示，要从资源和环境两个方面重视锂离子电池的回收问题。“锂离子电池蕴含镍、钴、锰等金属资源，它们既是贵重金属，又是重金属，如果处理不当将造成严重污染，做好锂离子电池的回收十分重要。”谈及现行的锂离子电池回收技术，成会明认为，火法回收用火煅烧电池，过程简单、方法成熟，但存在高耗能、高排放问题，只适用于价值较高的金属。而湿法回收用酸液或碱液对电极材料进行浸泡，虽然排放低、回收率高，但只能处理电池正极，并且会产生大量含酸含碱的废水，对环境造成污染。对此，成会明提出三条思路。一是要回收思路直接化，即从获得单质元素转向获得化合物，从间接回收转向直接回收；二是回收流程封闭化，即尽可能利用锂离子电池内部所含的资源，如试剂循环再利用、电池中残锂、石墨的再利用等；三是回收产物的功能化，即拓展回收产物的用途，实现回收产物的高值化利用。针对锂资源供应短缺、锂价上涨问题，成会明主张通过关注新型非锂储能技术，例如钠离子电池和多价离子（锌、镁、钙、铝）电池等，摆脱对锂资源的依赖。成会明透露，业内正在探索双离子电池，该类电池摆脱了对钴资源的依赖，具有低成本、环保易回收的特点，未来有望在规模储能领域得到广泛应用。内置芯片将颠覆动力电池系统结构
在大会主论坛上，中国工程院院士吴锋预测，未来，芯片将进入动力电池内部，成为新能源汽车智能化的重要组成部分。吴锋认为，中国动力电池和材料企业当下面临四个重点问题。一是材料革新，即正、负极和电介质材料如何创新；二是技术突破，即关键技术瓶颈如何突破，如何实现低碳制造；三是产能问题，即如何破解低端产能过剩与优质产能不足；四是成本问题，即如何面对原材料涨价采取新的技术策略。吴锋表示，电池正极材料正在向无镍、无钴和低应变稳定结构发展，而负极则走向纳米化、复合化、自修复和天然化。吴锋指出，中国锂、钴资源匮乏，价格不断上涨，难以支撑绿色化学储能可持续发展的需求，亟须构建非战略资源限制的储能体系及相关材料。例如钠离子电池、多价离子电池（锌、镁、铝、钙）等新型电化学体系。在废旧动力电池关键材料的回收再利用方面，吴锋介绍，针对正极材料，业界已研发出天然有机酸绿色高效回收技术，钴、锂、镍的浸取率达96%以上，这些回收材料再做成正极，就实现了废旧正极到正极材料的再生。而电池负极主要是碳，可以将其回收制成碳吸附剂。目前业界回收制备的碳吸附剂是吸附水平最高的碳类吸附剂之一，磷吸附量高达588mg/g，被广泛用于高磷污水处理中。处理污水后的吸附剂还可以作为土壤缓释肥回施田间。在电池安全性方面，吴锋强调，安全性是底线，是必选项。新一代动力电池安全技术要研发出具有智能识别功能的安全型电极材料、难燃不燃电解质、温度敏感电极、电压敏感隔膜；从调控和切断电机反应的基元步骤入手，发明相关安全性材料，提高电池本征安全性。吴锋认为，高性能动力电池未来的发展方向是电解质固态化、全绿色二次电池、智能电池等。他预测：“未来，随着芯片进入电池内部，智能电池的出现将颠覆电池系统的结构，也会进一步提升动力电池的安全可靠性，成为新能源汽车和储能系统智能化的一个重要组成部分。”积极发展本质安全型动力电池
在7月22日举办的“全球先进动力电池前瞻技术突破”分论坛上，欧盟科学院院士、中国科学技术大学教授、国家“937”计划首席科学家孙金华介绍了动力电池热失控的机理、火灾行为规律和安全防控技术。他指出，当前动力电池安全防控技术主要围绕电池本体安全、使用过程安全和消防安全三个方面。
“目前，电动汽车着火率约为0.03%，略高于传统燃油车。”孙金华指出，“三元锂电池的起火率高于磷酸铁锂电池，起火事故主要发生在车辆行驶阶段和充电阶段。高温时期最容易发生起火。”
谈到锂离子电池起火的原因，孙金华表示，电池是氧化剂和可燃剂的化学物，本就容易发生事故。他指出，一般来说，电池的正常使用温度不高于40℃。当电池内累积的热量无法及时散出，电池温度超过安全阈值时，就容易引起热失控反应。根据热失控临界温度和标准化热释放速率峰值，业内将锂离子电池火灾的危险性分为五级。“电池热失控后会产生大量可燃气，其中以氢气为主。和磷酸铁锂电池相比，三元锂电池能产生更多的可燃气。而这种可燃气体正是电池爆炸的根源。”孙金华说。孙金华介绍，当前动力电池安全防控技术主要围绕三个层面。一是电池本体安全，即从材料和工艺等角度提升电池安全性。例如研发难燃或不燃电解液，更高熔点的有机隔膜、无机隔膜和高稳定性正极材料等。二是电池使用过程中的安全，即强化热失控预测预警技术。目前业内研发出的相关技术可对动力电池火灾进行三级预警，分别为故障预警、热失控预警和火灾报警。三是消防安全，即研发高效灭火和抗复燃技术。目前，业内已研发出兼具化学灭火功能和物理降温功能的灭火剂，并针对动力电池火灾的特性，开发出灭火药剂释放程序控制方法，实现了带电电池系统的快速灭火，并解决了电池降温和抗复燃问题。展望未来的电池安全研究，孙金华认为，要发展本质安全型动力电池，从电池材料、全电池系统安全设计和生产工艺方面提高动力电池安全性；要研发新型高性能高安全电池，例如固态电池、钠离子电池等；要发展极早期故障诊断与热失控精准预测技术，实现隐患事故的早期处置和事故预警；要推进智能一体化的安全防控技术，形成涵盖热管理、故障诊断、热失控预警、灭火协同的智能一体化安全技术。孙金华介绍，随着我国新能源汽车的快速发展，电池相关产业也得到迅速提升。目前，中国是全球最大的锂离子电池生产国，产能约占全球总产能的60%。未来，锂离子电池将朝着高能量密度、高安全、长寿命和低成本方向发展。