清华大学陈全世教授:下一代动力电池技术发展趋势

彬彬评商业 2024-11-08 02:12:06

开拓新蓝海 共赢新周期!

11月6-7日,由起点钠电、起点锂电、起点充换电、起点研究院(SPIR)联合主办的2024起点钠电行业年会、2024起点锂电&两轮车换电行业年会(同期举办:2024第十届起点金鼎奖颁奖典礼/CINE中国钠电展)在深圳山燕子湖会展中心A馆隆重举办,现场1500+产业链嘉宾齐聚盛会,共探行业新篇章。

7日,在2024起点锂电&两轮车换电行业年会——专场一:大动力及储能电池专场,清华大学 陈全世教授发表了《下一代动力电池技术发展趋势》的主题演讲。

清华大学 陈全世教授:下一代动力电池技术发展趋势

以下为现场实录:

陈全世:各位领导、各位专家,女士们、先生们:上午好!

非常荣幸受主办方的邀请,让我进行发言。

大家都清楚,我是搞电动汽车的,因此我是动力电池的使用者,我也非常关心电动汽车电池的发展。这里坐的大部分都是电池专家,郭董事长刚才也进行了很好的发言,他也是我的朋友,他是电池的专家,我是电池的爱好者,所以我和大家分享个人的想法,不对的请大家批评指正。

新能源和新能源汽车的核心是动力电池,没有电池就没有储能,没有储能,电动汽车和新能源就没有根儿。现在中国出口三大件就是新能源汽车、光伏、锂电池。

我是搞汽车的,60年前进清华汽车专业,那个时候中国的汽车工业非常落后,我们和别人谈技术,别人都不和我们谈。1983年的时候,我们想做轿车,和日本丰田公司他,他们不和我们谈,因为我们的产量非常少,先教我们怎么卖车。现在看,我们的新能源汽车已经弯道超车,走在世界前列。欧洲和美国这样汽车发达和经济发达的国家,对我国新能源汽车举起了“制裁大棒”。

当前,固态电池炒得非常热,松下和清华也一个合作协议,松下不接待别的地方,但是接待清华。我们建的研发中心,当时有7千人,70%是有博士学位,只搞电池开发,不搞生产。

全固态锂电池,是一种使用固体电极材料和固体电解质材料,不含有任何液体的锂电池。世界各地都在炒作这件事情,固态电池最大的好处是安全性和比能量。固态电池到现在,我非常关心这件事情。

昨天我从飞机上看了一篇文章,讲新技术的炒作周期,比如纳米、石墨稀、人工智能、锂固态电池。一个新技术出来之后,人们往往对它的用途和作用夸大其词。媒体为了吸引眼球,金融为了挣钱,还有半懂不懂的专家。

固态电池最大的难点在于电解质,它的电解质是固态的,这个问题很麻烦。电池在充放电过程中,随着温度的变化,充电放电温度增加以后,它的极板会变化,会收缩或者是膨胀,如果是固态电解质就无法弥补间隙,这是很难的。比如我们现在坐高铁,很安静,是因为现在的轨很长,1.5公里一根轨,那个轨还是有接头,冬天-40度,夏天到80多度,这么高温度的变化金属材料会变形,这个问题怎么解决是非常难的问题。

这个问题由清华大学的一个院士解决了,他是国际焊接协会的主席,他前年去世了,他当时接这个任务的时候已经95岁,他当过南昌大学的校长,现在南昌大学有两个学科、材料、机械制造,这两个专业在国内外都很有名气。

怎么解决的,这个问题是保密的,这个技术非常关键。如果没有这个,高铁能上200公里?都是在195公里以下,有了这个以后,230、250都能够上去了。材料温度上升的时候,膨胀的时候会压缩,压缩的时候材料膨胀,能把缝隙填满是很关键的一件事情。

为什么这么难?我觉得还是需要找智能化的材料,能随着极板的变化而变化。高铁解决这个问题还比较简单,因为它的间隙很大,而这个是很小,是微米级。

有的专家讲,固态电池有“三步走”:

1.解决电解质的问题,正负极材料可以暂时不变,还可以是石墨负极和三元材料,但是要解决中间的电解质问题;

2.解决电解质以后,要解决负极问题,提高比能量。

锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度,因为其阴极(以多孔碳为主)很轻,且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。理论上,由于氧气作为阴极反应物不受限,该电池的容量仅取决于锂电极,其比能为5.21kWh/kg(包括氧气质量),或11.14kWh/kg(不包括氧气)。相对与其他的金属-空气电池,锂空气电池具有更高的比能量。全球不少实验室都在研究这种技术,但如果没有重大突破,要想实现商用可能至少还需要10年以上!

电池还是非常关键的问题,要综合平衡。100多年前的铅酸电池,到镍电池,到现在的锂电池,每一种电池都有很长的时间。全固态电池还是存在一些障碍:

1.全固态电池自身存在不确定性。主要问题是如何形成完整的产业链及降低制造成本。

2.全固态电池的竞争者存在不确定性。一是如果液态锂电池性能(主要包括安全性和比能量)的提高和成本的降低进展超过预期,则可能延迟向全固态电池的转变;二是由于混合动力汽车、传统燃油车的技术发展以及重新被一部分市场认可,市场对纯电动汽车的兴趣可能会有些消退;所有这些都可能意味着全固态电池的开发和产业化进程会放缓;三是从行驶距离和加氢所需的时间来看,燃料电池汽车也将是另一个潜在的竞争对手。

因此,下一步电池,到底怎么做,这些应该放在研究院和大学研究,企业看着就行,企业不必要花很多精力来做,因为这些事情离产业化比较远。有人说电池是美国人发明的,但是现在美国人的电池并不行,因为他们的产业链没有做起来。我们要关注电池的未来,但是我们作为企业,要更关注眼前,在目前经济下行的情况下,更重要的是把自己的事情做好,把前沿的问题交给科研院所、大企业研究院和大学,这样能够在经济上不断前进,而且经济上也不会受很大的损失。

注:本文根据速记稿件整理,未经演讲者审核!

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