2022年9月7日，在第四届全球新能源与智能汽车供应链创新大会上，中科院物理所研究员黄表示，二代大家都知道磷酸亚铁锂和三元是目前主流的动力电池，高质量发展需要升级。我就说说升级版的锂铁电池，也就是5v尖晶石锂镍锰氧化物电池，1000 wh/l的三元升级型高密度高端动力电池。
以下为中国科学院物理研究所黄研究员发言实录:
感谢中国电动汽车百人会的邀请，让我有机会来到这里，与大家分享基于材料创新的下一代动力电池的情况。因为这是一篇命题报告，所以我会按要求把下一代电池的这个观点分享给大家。
主要介绍什么是第三代电池。大家都知道磷酸亚铁锂和三元是目前主流的动力电池，高质量发展需要升级。我就说说升级版的锂铁电池，也就是5v尖晶石锂镍锰氧化物电池，1000 wh/l的三元升级型高密度高端动力电池。
为什么他们是下一代？我刚才说的这一代是磷酸亚铁锂和三元电池。在他们之上的第一代是锰酸锂电池。现在当然只能用在两轮车上了，因为老款leaf当时卖的很好，续航里程才200多公里。现在的锂铁和三元电池基本解决了电动车里程焦虑的问题，所以电动车的普及率很快就达到了20%以上。
我总是在电动车和动力电池的会议上向goodenough教授和armand教授两位老先生致敬。一种提出磷酸亚铁锂可以用作正极材料，另一种提出在磷酸亚铁锂上包覆碳。不管是什么原因，到目前为止，99%的磷酸亚铁锂材料和电池都产自中国，支撑了我们从大车和小车同步发展电动车的路线，并在今天奠定了中国在电动车行业乃至储能行业的相当优势。
三元电池适用于行驶里程长的电动车。人们期望它更长，但他们不希望它不安全或接受电池非常昂贵的事实。这时候我们该怎么办？来升级它。升级有两条路线，一是提高电压，二是降低成本。一条路线是增加容量，多数情况下会增加成本，但我觉得三代高端电池也必须降低成本。
对于电池产品来说，并不代表我们提高了5%和10%，可以算是新一代。我认为，一代又一代的改进，即使不是性能翻倍，也应该是能量密度增加50%，而且成本降低几十%。这可以称之为代际变化，否则就不是，同代内的逐步优化。
其实我们今天经常讲的能量密度就是比能量，也就是单位重量电池储存的能量。现在是什么水平？三元电池最高300wh/kg，磷酸铁锂电池最高200wh/kg。
对于今天的电动乘用车，我们真的应该回归到谈论能量密度，即单位体积的能量。下一代电池的重要指标是能量密度提高50%以上。这种推广不是说加一点锰，加一点铁、锰、锂、镍，或者加减一点钴就可以的。它是基于材料的变化。锂离子电池安全性高，成本低，资源利用率低。能否将以锂铁电池为代表的通用电动车电池的能量密度提高50%，并使其更安全、成本更低？基本材料是锰酸锂，1kg碳酸锂做第一代锰酸锂电池，差不多能做1.7千瓦时，三元电池用电量少一点。磷酸亚铁锂能做2.1千瓦时，所以磷酸亚铁锂便宜，不仅铁便宜，碳酸锂每千瓦时用的碳酸锂也少。但如果做成锰酸锂镍电池，1公斤碳酸锂可以做2.95千瓦时，大大减少了碳酸锂的用量，有资源利用价值。当然还有分子式中可以看到的无钴低镍。
挑战是什么？必须充到4.9v，不像铁锂充3.65v，或者三元充4.2v或者4.3v。电压高了，自然会有更高的能量。如果用同样的水来提高水头，可以产生更多的电。但三峡大坝的修复难度相比葛洲坝大大增加。水泥不一样，砂浆一样，石材要求可能不一样。这里有许多需要改进的地方。
今天，基于材料技术的进步，阴极材料本身的稳定性问题已经解决。当它充电到4.9v时，即使在55度，它的循环性能也优于当今典型的三元材料。但是，就像三峡大坝一样，光有一块好的石头、水泥、砂浆等是不够的。粘合剂、导电添加剂，甚至集流体的表面处理都得满足高压充电的要求，这样才能承受更高的电压。
当这一切完成后，我们可以使用更少的锂来制作单位体积容量增加50%的柔性电池，可以循环3000次以上。同时保持了较高的安全性能和优越的低温性能，低温性能可与锰酸锂相媲美，这也是一项重要性能。
如今，在珠三角松山湖材料实验室建设的材料中试线和电池中试线，正在推圆柱形、软包、方壳三种电池。我们正在与同行一起做测试，看看它是否能成为我们电池汽车的下一代电池。这是我们位于实验室两个园区的两个基地，一个是材料的研发基地，一个是电池的研发和中试基地。
我想接下来你可能会问，有没有三元电池的升级版？我刚才说的锂镍锰氧电池可以做到650wh/l，比今天的三元动力电池高不了多少。三元动力电池如何提高50%的能量密度？也就是到1000wh/l..2019年起，科技部在革命性技术专项中布局高体积能量密度电池项目。基于材料的变化，不再使用wh/kg作为指标，包括正极材料的指标是基于wh/l而不是mah/g，负极材料的指标是基于ah/l而不是mah/g作为其目标。该项目正在实施中。
取得了哪些成果？先举报一部分吧。
首先，基于层状镍基材料，比容量非常高。如何增加其密度，使其成为致密材料？请看这种材料的能量密度已经超过了3000 wh/l，其次要致密化，因为这样的材料是无法做成单晶的。众所周知，镍811很难做成单晶，镍90几乎不可能做成单晶，但我们的办法是把纳米一次离子的多晶做成致密的二次球材料，稳定下来。当然，这种材料技术也在目前的三元体系中使用。
还有哪些方法可以使负极材料具有更高的密度？合金锂储存材料，如硅和锡，可以放入铜的外壳中。此时可以提高其密度，在保持良好循环性能的同时，保持高密度。它们之间的导电链接=可以用锡丝串在一起。锡是一种密度比硅高两倍的材料。这个时候我们更多考虑的是采用一些高密度的材料作为它的电极。当然，现在这些成果也用在了今天的二代电池上，现在也有人开始用在二代电池上了。这个项目的目标是生产1000 wh/l的动力电池，去年年中达到750wh/l，今年年底达到850~900wh/l，预计到2024年达到1000 wh/l。
这些都不是一家公司能做出来的。以前我们自己努力，现在邀请同行一起努力。所以我们在松山湖建了一个能源材料和器件的创新工厂，和很多同行的企业合作，都是我们下一代电池的足球网站的合作伙伴。该合作机制对整车企业、电池企业、材料企业开放。这也是公共材料实验室向社会开放公共资源的一次重要尝试。我们欢迎你有机会来松山湖指导。大家一起努力，看看在三代材料突破和动力电池产业化的过程中，能不能合作做点什么。我厂有专门的服务体系，我们尽力提供相应的支持。
高阶自动驾驶任重道远智能网联开启“二次革命”
