4月17日下午，在江西上饒舉行的江西星盈科技投產儀式暨2019中國新能源企業家高峰論壇上，中國有色金屬學會冶金物理化學學術委員會副主任委員、湖南省化學化工學會常務理事、《電池》期刊編委、出版專著《化學電源》的中南大學教授李新海先生，給與會嘉賓帶來《動力與儲能電池發展機會與挑戰——創新驅動》的主題演講。

以下為現場速記實錄：

感謝給這么一個機會在這里和各位探討“動力與儲能電池發展機會與挑戰”，感覺干院士給我們指明了方向，特別在儲能材料領域里面。我本人其實也是學冶金出生，為什么做電池材料，實際上這一類器件最終都是由材料演變過去的，我曾經做集成電路，大概在1990年前后，最后走到這個方向，跟大家一起探討一下。

首先因為我來自中南大學，所以先把中南大學的情況做一個介紹。冶金往材料里面過渡過來的，早期做的物理化學里面有電化學，有電解，包括低溫的、常溫的等等。到了新能源領域，我們講的化石能源的危機，還有移動式能源。我們也知道環境的污染，特別在城市里面汽車尾氣帶來的污染是無序的排放，如果能夠發展成電動可能是有序的。每次講到電動汽車的時候，很多人講電可能也要消耗煤碳，我們做冶金的知道火力發電是集中排放和處理，從這個角度能夠達標排放。講到移動式能源里面除了石油以外，最有效就是電力。

基于這種方向，進入了國家戰略性新興產業領域，包括新能源、新材料、新能源汽車、節能環保。中南大學本身涉及到這一塊的內容包括化學電源，各種電池，其實我們從最早期的鉛酸電池開始，用過早期的一次性干電池，我們也有物理電源，包括光電池、電容器等等。習主席一直提倡“綠水青山”，我們做產業，做核心的人在綠水青山的基礎上怎么打通“金山銀山”，就需要我們技術的進步來實現這樣一個目標。首先建立在物理、化學、材料學的基礎學科的基礎上，更重要的是需要結合到技術和工程知識。我經常強調，可能早期把電池知識當成電子元器件的時候，從這個角度把冶金反應工程等等用上來，整個就起來了。

剛剛講到一個是鋰離子電池，一個是燃料電池，實現能源、電源的移動化，包括移動電池。在我們上饒光電池領域里面非常有特色，更重要考慮到怎么配套儲能。整個學科的演變從早期冶金工程，包括有色金屬冶金、冶金物理化學、鋼鐵冶金、冶金環境工程等等這個基礎上到材料冶金和新能源材料與器件，特別講到材料冶金的時候，原來早期對結構材料能理解從冶金到材料的過渡，功能材料的時候把它叫做材料化冶金，在冶金過程當中用化學的方法直接到材料，這個帶來一個最大的好處是對材料化學組成和控制，這樣一個基礎上，實現性能有效控制。我始終做一系列電池材料的時候關注這樣的思想，做成技術的時候才能夠有競爭力。

我們非常注重技術的研發和產業化，從冶金到正負極材料到電池。做電池說到底是怎么用好材料，圍繞電池這樣一個方向來做，也取得一系列應用成果。我們培養了一系列的人才，包括研發、產業化的等等。

第二個講一下創新驅動，現在再談特斯拉，談豐田汽車，感覺到已經沒有懸念的東西。但是在十年前、二十年前的時候，所有的人只要一談到電動汽車，特別跟大車廠談的時候，他們都說等電池好了再做電動汽車。我講我們從創新和產業化的角度看，關鍵有一點就是誰做第一。特斯拉做到了。為什么他能做到？很重要一點就是敢于孵化創新創業型的企業，現在講到的集成電路已經到了幾個拉米的技術，大概十五、二十年前帶學生到美國做研究的時候，那個時候集成電路還是零點幾微米，然后到零點零幾微米，我一個學生能夠從微米到納米，實現這個以后創業機構、投資機構，包括政權機構，投資全來了。

剛出去特斯拉的時候，誰贏誰輸說不清，但是有一點，屬于來自于資本市場的推動，所以我們國家講到石墨烯的時候，負面一點過多概念炒作，但是有優勢感覺到很高興的一點，從學術到產業，到投資，到政府這樣一些機構共同推進它的產業化。所以反過來從這個角度看，中國在這個領域走到前面去了。

講到創新模式的時候，站在高校和研究機構、實驗室的時候，我們講到組成材料結構、形式來討論。但是站在一個產業的時候，怎么實現一個綜合型的創新，就像早期做電動汽車的時候，我們想到的，到目前還有很多人在想的電動汽車取代燃油車，特斯拉開辟了一個新的領域，把新技術用上去。所以從這個角度來講，應該是完全與傳統目標相反，但是我考慮用戶的體驗，只要用戶能夠接受就可以。

我曾經跟一位很有名的教授談到鋰離子電池和電池材料產業化的時候，他首先承認中南大學做得好，但是他說你們是膽子大，還沒有成熟就做產業化。什么是叫成熟，剛出手機的時候那么一個大塊頭，通一個小時的電話都不到，里面儲存只有10個號碼，而且不能寫號碼，就是寫序號，剛出來的摩托羅拉手機那不叫存儲。所以我認為我們技術創新以后，應該對產業，對市場的顛覆要滿足的是用戶的體驗。那么這種體驗真正做到變成產品，這個時候不要為技術感到高興，要看客戶滿意了沒有，客戶愿意接受了沒有，客戶接受的那一天就是你現階段技術成熟的一天。所以從這個角度來說，在這個時候要忘掉技術，我是做產業，我是做孵化，我是做產品，要面向用戶的。

再看看特斯拉創新在哪里，他確實有很多的創新，原來很多車廠給自己找借口不做電動汽車的時候，集成創新在哪里？原來所有人說沒有電池就不能造車，他的思想是，現階段最好的電池是什么？筆記本電腦的電池就用它。最好的充電樁、輪胎、網絡、軟件、倒車拔片等等他都用最好的那個，除了本身核心技術以外，他的裝備水平，而且裝備水平里面看到很多的創新，原來就想過我們傳統的烘干，大家想到就是用電，平?；瘜W用蒸汽，就考慮到蒸汽烘干，這個太好了，這就是節能。我們講到在產品，在制造領域要變成集成式的創新，材料的選擇、配方、電解液的組成等等也是創新，但是作為一個電子產品的時候怎么變成集成創新。

我們盡管想到排放問題，排放只是其中一塊，我只能這么講，我所有場合特別跟政府部門講我們火力發電，也會有二氧化硫排放，但是一定是集中式的排放，它的二氧化硫可以收集起來制成硫酸，二氧化碳可以作為原料來使用。但是每一臺車排放的二氧化碳，有二氧化硫的時候，沒有辦法被收集。第二點更重要的把所有存在的能源統一為一種移動式的能源，那就是電源。同時，原來認為太陽能、風能都是取之不盡，現在資源利用率越來越高，為了提高利用率的時候最有效的方法就是站在大規模蓄能的角度，包括各種新能源的蓄能，包括電力的利用率的蓄能，自身調控能力非常有限。其實我們在工業領域里面，實際上用電大戶的儲能，關注到一些民營企業里面鋁電一體化，不排除其他用電企業很可能會實現熱電汽一體化，這個按照傳統模式投入太大，小型的發電加上蒸汽加上儲能，很可能發電、蓄電、供電、蓄熱一體化解決。

我們看看在化學儲能這個領域里面，最核心其實除了安全性以外就是經濟性，一瓦斯小于1塊錢可能就有競爭力，但是我一直在想到的是怎么比現有的鉛酸電池便宜。同時，要強調的一點是能量的轉換效率，能量的利用率。最后就說每運行一次，這里面有幾項，一個是電價，初期投資、循環成本，這是最核心的經濟指標。這么多儲能領域里面，為什么最終體現化學儲能，因為移動、便捷、免維護、分散式。

鉛酸電池不斷有人在做研發以及不斷地進步，我跟有些企業討論他始終認為未來鉛酸電池的競爭力超過鋰離子電池，特別在儲能領域里面。他提出的概念我鉛酸電池的回收簡單，循環再生很簡單，我也在想如果我用鋰離子儲能的時候，跟鉛酸電池比是怎么樣，另外一個投資人就想了你回收雖然鉛便宜，用鎳、汞很貴，但是他支持使用周期，回收后來可以理解為租用一個產品，就是一個循環的概念，我聽完以后感覺很好。

這里包括鎳氫電池用在動力領域的時候，也有包括講的液流電池的儲能，我們想象的是非常好，開汽車的時候現在是加汽油，但是這確實很好，但是最致命的是能量密度低，工作電流密度低，第二個體系運營成本較高。能量密度低到什么時候，這么大的儲能體，再有這么小的太陽能電板，儲電量很低。用在電動汽車上像加汽油一樣加氫，我覺得這是唯一的好處，但是我們要宣傳的是別人總是說氫燃料電池排放水，如果用免維護的這個電池是沒有排放。第二個特別關注的一點是氫燃料電池，現在講的能量轉換效率，可以達到60%。

我們一定要想到一點是氫是一個儲能介質，不是像汽油和柴油、煤油一樣是原生態的能源，通過消耗某一種能源得到的。剛剛講到鋰離子電池，優勢就不講了，但是看到一個最大的好處是持續創新理論空間很大。還有制造水平、經濟性等等，在冶金、石墨里面有石墨工廠，產能10萬噸、20萬噸、30萬噸，再去看看現在的工廠5000噸、1萬噸、3萬噸已經很大了，這就給我們一個標桿，有持續的降低成本的機會和空間。

這子因為政府工作報告出來以后，特別講到了推動充電、加氫設施的建設。大家一下想到加氫以后，是不是鋰離子電池馬上被燃料電池取代掉了，我們也要看到第一句首先是推動，所以這是國家在不同的階段用不同的方法引導，我們說現在真正鋰離子電動汽車到這個程度，最核心的盡管希望密度可以提的更高，續航能力更強，如果要想到四五十年前有一臺小轎車要開長途的時候，隨意在路邊能加汽油嗎，一定車上會帶汽油桶，現在沒有人帶，到處都是加油站。體現了分步建設的過程，同時關注到燃料電池電動汽車實際上在1990年到2000年之間，在世界上形成第三次對氫燃料電池的產業化過程，并不是只有豐田有，有現代、奔馳、寶馬等等。

講的比較清楚一點奔馳講到走的時間也是深程度，以氫氧燃料作為發動機的純電動汽車。我們看到豐田車里面，有28度電，這還是一個增程式的，跟鋰電、充電同時去驅動馬達。我們未來也是配合使用，最近在產業界、投資界有些時候不太了解覺得鋰電過時了。再看看本田的車，雖然沒有找到電池容量是多少，但是根據續航能力和提供氫氣的量，里面也同樣加了一套鋰離子電池組實現這整個過程。再找到現代汽車，也是兩個氣罐加上燃料電池組，從這個角度來說是相互組成，也是變成增程式電動汽車里面的一種。

至于未來怎么發展，站在中國政府的角度，我們在純電動汽車領域里面能夠快速進入市場，從這里使純電動汽車得到普及。所以我們講不是誰唱主角或者豐田能不能賭贏或者賭輸的問題，而是對參與者和消費者多了一個選擇的過程。這里面包括陰極、陽極的材料，包括電池的結構等等，氫氣要把它全部反應完，到后面量很少的時候，反應速度又是非常有限的，所以它的功率相對來說也是影響的因素。同時，燃料電池從另外一個角度，豐田站在他們的角度不是新技術，因為最早已經用在AIP特種里面了，現在我們制造技術已經逐步實現，由于在海洋運輸的時候為了提高氫氧轉化效率，它的氧不像在城市里面有二氧化碳、二氧化硫、水蒸氣、粉塵或者是氮氧化物等等。

同時，我們要關注的一點是早期是豐田壟斷的，但是他不太看好鋰離子電池，在鋰離子電池沒有壟斷，但是在燃料電池領域壟斷到豐田一家占到全世界的61%以上，如果把日本其他企業加起來差不多達到80%。我們做技術研究的，我們做研發的人趕快怎么來實現一個超越，在他原來的基礎上怎么形成自己的知識產權。比如一個充電的5號電池，要么給飛利浦，要么過美國的那家公司交專利費，我們想燃料電池到了某個階段要收專利費，我講到這些問題都是我們做研發和產業的人怎么去思考。

從這個角度來講，每一個國家都要有布局，中國政府已經在做這個事兒，我覺得非常好。大家原來認為豐田早期賭鎳氫電池輸了，燃料電池能不能贏，實際上技術是持續推進的。所以很高興地講燃料電池在中國已經開始試水，真是非常好的事情?，F階段還是堅持的鋰離子電池對應的各種形式的電動汽車還是可以持續的發展，我們國家做氫燃料電池也是中遠期的戰略，所以從另外一個角度來看，德國三大汽車巨頭研究方向是以汽車電動化為主，他的講話很有內涵，他把研發的終點放在電動汽車。

第二個燃料電池也在研發，只是最近十年不是他的主流產品。我認為在從300-350這個速度比較快，比較看得見，負極、正極、電解池、電壓這幾個東西已經做得比較好，現在正在評估的是可靠性怎么樣，見到寧德時代的時候原來準備跟日本學，現在他走到第一，還跟誰學，要準備創新。這里想到燃料電池是增程式，其實電動汽車接下來在增程式領域里面有一個很大的作用，因為我們國家原來電動汽車的補貼增程式早期不補貼，后來補貼比較小，現在也比較小，一旦市場化有用戶選擇的時候機會來了。

我大概在2005年前后跟德國博士交流的時候，當時他兩件事情給了我很大的啟發，一個是他的電動角度，覺得純電動有一部分市場份額，第二增程式電動要做。第二個關于電池的外形到底是軟包裝，還是金屬方形，按照他們的設計應該是金屬方形?，F在也不能說一定哪樣好，至少看到兩個標志性的企業，寧德時代和比亞迪是選擇鋁殼方形電池，但是不是說不能做軟包裝。這個鋰電池少可以少到只有幾度電，完全是功率調節器和能量回收器，多可以多到30度電、50度電，跑200公里、300公里、500公里。今年春節的時候媒體抱怨最多的就是除了充電以外，就是冬天電池不好用了，續航能力降一半。但是我當時跟德國交流，他們車上是配0.25排量的很小的增程式，首先可以提供一點電量，更重要冬天的熱能全部來了。我們講技術創新的時候，還有產品創新，在滿足用戶體驗上的創新。

我們做電池的，我們做材料的，我覺得應該有一個互動。我們一直認為豐田普銳斯銷售是最好的，但是日本日產一個Notee-Power超過了他，做到了既節能，又是純電驅動，這就是給了我們一種啟發。

回想一下國內外的目標，早期美國定的目標2000年的目標，2010年的目標，能量密度80-100到200。日本當時定的目標，到2010年、2015年、2020年普遍也差不多了。到2030年的時候，達到500Wh/kg。這是我們國家自己提出的一些標準，也在不斷地突破，應該說實際上產業技術遠遠速度非常快。實際上我們也要考慮到其他的隔膜、鋁塑膜、銅箔、鋁箔等，還有很多思路和方法，所以應該有一個快速的提升過程。我們又在講陽極用什么，陰極用什么，在這個基礎上分布怎么樣。

同時把這個合成條件在不斷地改變，提到正極材料合成的時候特別想到一點，我們做材料研究會考慮到組成結構性能，由于我做冶金出生，我一直想到從實驗室很小到最早做蒸汽材料的時候，我想冶金窯爐里面的制造技術怎么用到材料制備里面?，F在本身重量差不多，2.8公斤或者3公斤，雖然內容有一點差異，從加熱的角度，無用的熱量有3公斤的物質加熱到高溫再冷卻下來，高效加工材料只有2.5公斤這是很耗能的過程。

負極材料，這個過程是石墨材料，還有其他一些材料，現階段我們想硅的容量也足夠的高。在這樣一個基礎上，原來以碳組成，現在以硅碳，這個靠充電過程當中帶進去，如果哪一天做到這個制備材料就帶進去了就上去了，所以應該給我們足夠的空間。剛剛講的有正極、負極的，其實還是電解液和電解質的概念，這是非常重要。

最后一點，其他的包括材料，包括集流體和殼體，我們最早用不銹鋼，很厚、很重、很貴，現在用到鋁殼，我們想一下易拉罐是一個增壓的，能夠耐壓，很薄，我覺得這是一個值得我們探討的。最后一個電池設計與制造，我想把化學反應工程關于傳熱和流體傳遞，包括電場傳遞設計里面，有效用到動力電池，包括大型的儲能電池領域里面，現在不講材料，不管怎么小是很小型的，早期只是當做電池元器件，現在把它當成一個儲能介質，我想如果到了真正大規模儲能的時候怎么變成一個儲能的工廠。這個角度在電池的設計和制造領域應該還有非常大的潛力可以操作。

我就講到這里，謝謝！