欧阳明高：动力电池如何实现低碳化等目标

作者 欧阳明高 中国科学院院士、清华大学教授

从技术角度，中国动力电池产业高质量发展方向是低碳化、高端化和智能化。

低碳化：低能耗、低排放、低损耗

中国电池产业已取得了飞速发展。根据我们统计，2021年中国动力电池出货超过300亿GWh、产值超过3000亿元，动力电池行业投资近万亿元，产能已经扩张到1000个GWh。预计中国电池出货量2025年超过1TGWh，产值超万亿。所以这是一个非常大的产业，而且是有全球竞争力的产业。

但现在面临的问题是关键材料制备低碳化发展迫在眉睫。动力电池的材料成本占到了75%以上，比如，石墨负极每吨材料电费占比接近60%，正极材料也是一样。动力电池行业面临的问题是能耗大、成本占比高、二氧化碳排放较严重，这是行业可持续发展面临的问题。

为改善这个问题，首先需要进行材料回收，以节省资源、循环使用、减少能耗、降低排放。现在有火法回收，下一步有湿法回收，再到物理回收，碳排放减少量会越来越高，最后将通过绿电实现净零排放。所以，我们最终的目标是通过100%绿电实现电池生产全生命周期的零碳排放。

在此背景下，中国动力电池的产业趋势一定是向西部转移。四川锂资源占到全国的一半以上，水电接近1亿千瓦，绿电比例占85%以上；而且原材料丰富、人力成本低。所以，中国动力电池向西部尤其是四川转移是一个必然的趋势。宜宾将来是一个具有最具潜力的电池生产基地，甚至会成为全球动力电池最大的生产中心。

高端化：高品质、高安全、高技术

过去十年，中国电池创新突破，已经实现成本大幅度下降、竞争力大幅度提升，尤其是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。电动乘用车续航里程1000公里已经实现了，冬季续航下降、高速公路的超级快充都在持续突破之中，已经能够满足消费者需求。尤其是低成本的磷酸铁锂电池占装车比例接近70%，寿命长、安全性很好。但是行业还是面临着安全方面的挑战，安全事故还是时有发生，储能电站安全问题会更加突出。

所以，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。这是一个更加复杂、更需要时间积累、但是也是全球动力电池创新的制高点问题。此前，材料创新基本是由国外主导的。从时间轴来看，电池体系会不断丰富，今后十年还会经过三次技术变革，在两三年之内锂电池还会大幅度创新，2035年前一定会规模生产能量密度为500Wh/kg的下一代电池。

其中，最值得重视的就是全固态电池，其难度很大，关键技术需要全世界的共同努力。目前，日本、韩国、美国在全固态电池方面取得了重要进展，技术创新速度不断加快，中国也要加大创新力度。希望通过全球的共同协作解决全固态电池的关键材料、界面、复合电极制备等问题，最终实现综合性能。

智能化：智能设计、智能制造、智能控制

智能设计方面，我们从实验试错到仿真驱动，再到智能化全自动，已经经历了三个发展阶段。这种方式可以大幅度降低成本，研发费用可以节省70%~80%。这中间的核心技术就是高精度的建模技术和高效率的寻优算法，这是一个趋势。

智能制造方面，电池制造是一种极致的制造，不能引入任何的杂质，任何杂质的引进去就是隐患，就有可能引起安全事故。所以从百万分之一的缺陷电池到十亿分之一的缺陷电池，这就是极致制造。为了实现极致制造，必须采用智能化，从数字化生产工艺仿真到数字化生产车间，再到工业互联网，再到大数据平台，对生产过程要达到3000个以上的质量监控参数。这是下一步中国电池行业需要做的。

智能控制方面，首先要把传感器放到电池里面去，温度、气体、压力，现在我们的电池还是不能控制的，只能管理，只有在充电的时候才能控制。下一步，我们要进行全方位的控制，尤其是要加入负极电位传感器，把电池分成正负极，来分开进行控制。在软件方面，要引入人工智能，比如安全监控，我们通过人工智能可以大幅提升安全检出率、降低误报率，这已经在很多车辆上使用了。所以，人工智能在电池使用中大有可为。最终我们要真正实现新一代的智能电池，也就是现在欧盟提出2030年计划，目标就是新一代智能电池。中国动力电池行业要加大力度，也要面向2030年实现动力电池从材料选择、电池设计、制造、使用、回收的全链条智能化。