沙龙邀请到东莞市创明电池技术有限公司技术总监黄旸、上海科技大学研究员谢琎、清华大学深圳国际研究生院副教授周光敏。活动由南方科技大学副教授祝渊主持。

活动首先由三位专家做专题报告。

黄旸总监作了钠离子电池的产业化进展及难点的报告。

谢琎老师作了基于原子层沉积的界面工程及其在电池材料中的应用的报告。

周光敏老师作了失效锂电池电极材料的修复与再利用的报告。

报告的第二环节是圆桌讨论环节，大家就电池回收、电池安全等业界关心的话题展开讨论。

以下是讨论环节的文字整理版。

祝渊：刚才三位老师都问到了成本的问题，可见整个业界对这个问题都还是挺关注的。而周老师也提到了铅酸电池有回收二次利用，像锂电在欧美国家它的回收的成本甚至是一开始就加在电池里面的去，所以那里的电池明显要比国内的贵，这块的收益是不是也可以算作锂电的收益。如果把回收的东西价格估算好，每买电池这部分钱其实已经付过了，然后这部分钱就交给这种做电池回收的企业，让它一个良性的运转，既有经济效益然后也很环保，大家觉得总的成本考量是怎样的？

周光敏：刚才祝老师提到了，确实就像欧美这一块，我们去从超市购买这种瓶装水，事先都把它回收的价钱付过了，之后他们再后续回收，现在相应的我们也可以看到欧洲刚出了《欧盟电池法》，提到谁生产谁回收、谁进口谁回收。

我刚才在报告里也提到，未来我们可能也需要给每一个电池有一个名片或者相应的跟踪系统，就像我们ID一样，未来可能都要追踪到它的整个的流向，可以更有效的进行回收。

如果未来有更多相应政策及法律法规的引导将这些失效的电池能有效的回收起来，而不是像现在还是有很多小作坊存在，可能在环境保护及后处理方面的能力还需要提高，所以在未来可能还有很大的相应的空间去发展。

黄旸：就做您刚才说的欧美国家直接把它回收的成本直接加上电池的税里面，我倒是第一次听说，但是我不知道他们那边是一个什么样的模式，因为我记得欧美那边消费者买东西的时候其实是这个税价单独列出来的，但是在中国收的是增值税，相应的如果把回收成本加到电池的税收里面，我在出售给消费者的时候，其实不能把电池这一部分成本单独列出来，如果国家真要这么做的话，我估计按照中国电池行业这种卷法，这里面很大一部分税收成本可能最终还是要被企业自己给消化掉。

祝渊：我们估算一下，一个锂电池每瓦时是0.6左右的这样的一个成本，假设我们回收成本加进去，我们要加到多少，它回收这块才比较有利可图。比如说你加两毛钱，这个生意他就能做了，就类似这样的，要什么样子才能把整个的全生命周期全部打通，从生产这块达到最后为止。

黄旸：整个电池成本里正极材料占40%左右，如果要把回收的成本给加进去，按照我们正常的一个制造成本，可能占我们整个电池所有成本20-30%这么一个状态。因此假设电池材料的回收成本是材料价格的20%-30%左右的话，最后算出来回收成本就大概相对于电芯售价的10%左右，差不多的话就0.1元/Wh左右就可以覆盖掉。

当然，这个问题祝老师问得很突然，我之前没有仔细思考过回收的这一块现在的成本和效益，所以计算方式上是按照我的直觉来这么算的。电池回收所涉及到的材料加工流程和电芯肯定是不一样的，采用这么来类比的成本，可能还是不大合理，回去我再仔细琢磨一下这个事。

谢琎：刚才听黄总的报告讲到铅酸电池的时候，我也是第一次听。之前美国我知道有很多铅酸电池它的回收利用率是很高的，99%以上，所以他们说铅酸电池其实算是一个环保的电池，然后您讲到就是说铅酸电池现在如果有这种回购的这种计划，它其实可以成本更低，售价更低，那也就意味着它铅酸电池其实在回收过程中其实是有利可图吧？不然也不会说给你补贴一个价格再去进行一个购买。

黄旸：因为它把旧的铅酸电池回收之后直接就处理成原材料了。铅酸电池中的主要含量比较价格较高就是铅。铅其实回收起来相对来说可能比较简单一点。好多企业他本身就是制造铅酸电池的企业，他把旧的铅酸电池回收后自己处理然后就成了一个新的电池，整个链条从终端报废铅酸电池的回收再到厂家对报废铅酸电池的处理得到新的原材料再到新铅酸电池的生产制造到现在都已经非常成熟了。它有一个非常成熟的旧电池价格评估体系，然后回收技术也发展得非常成熟了，所以整个网络建立的就比较完善了，但是锂电和钠电现在有一个问题就是整个回收网络都还没建立起来，下游的回收企业我估计应该还是处于比较亏本卖运营的一个状态。

但是从未来发展趋势来看，锂电也是必须得做回收，不做回收的话锂资源根本就不够用了。我们对锂的需求量也越来越大了，所以说锂电池的回收这也是一个未来的发展趋势，就看龙头企业怎么把商业模式给做通了。

祝渊：然后我们有一位线上的朋友的问题，他是说安电池安全性的问题，就是钠电和锂电比这两者的差异性是什么样子的？

黄旸：锂电也分两种，一个是磷酸铁锂，一个是三元。大家都知道磷酸铁锂它对主打的就是一个安全性，因为你看正极材料的热稳定性常好，基本上它的一个热分解温度超过700度，但是三元的话在200度附近。钠电的话它是处于一个比较居中，或者说电池安全性没有铁锂那么好，但是相比于三元锂相比它是要好得多的。

祝渊：我觉得您说的稳定性是不是主要是指它不爆炸，而不是说这个材料本身还能干的，因为刚才见您介绍那几个材料体系感觉都可能还不太那么稳定，可能高温之后只是不爆炸，但是它可能性能已经下降。

黄旸：性能肯定下降。高温的话性能它就失效了，放不出电来了。我们评判电池的标准一般就两个，一个不起火，还有一个不爆炸。不爆炸比较容易做到，因为电池里面都是会有一些专门泄压的结构设计。爆炸主要就是因为电池里面产生了热失控，然后产生大量的气体，这些内部的气体没有办法及时排出，就把电池给胀破了发生爆炸。通过一些合理的结构上的设计可以保持电池不会发生爆炸。但是不起火的话，就跟电池材料本身的一个稳定性有关，铁锂的话确实我们做各种线下测试，什么针刺还有高温加热基本上还是很稳定的。

祝渊：钠电的几个体系都在他们两个之间是吧？它有没有更大的差异。

黄旸：钠电我觉得安全性比锂电要好的一点。我们没有仔细研究钠电正负极材料热稳定性，但是在我们实际对电池的拆解时就发现把满电的锂电池拆完之后，它的负极是碳化锂，极片呈现金黄色的。如果拆解后不做湿度管控的话，负极很快就起火燃烧。但是把满电的钠电池拆解之后，它的硬碳负极就不会就起火，只是会稍微的放一点热，所以钠电在热失控后负极释放出来的热比锂电还是要少很多的。

祝渊：谢老师对电池的安全性问题有过相关的研究吗？

谢琎：我们有过一些了解，但是说深入的研究也谈不上，我们认为就是说像这些电池它的安全性主要分为两个阶层，一个是这个材料本身的一个安全性，对吧？刚才讲的像磷酸铁锂也好或者说三元也好，我们很多时候讲它材料本身的安全性，它会发生一些失氧等等，然后一些燃烧爆炸，然后它和它一个干的状态以及在电解中浸泡的状态，以及它不同的SOC的状态下，其实都是高度相关的。然后我们可以通过材料的设计合成更稳定的一个材料，比如通过掺杂或者包覆的方法等等，都可以提升它材料本身的稳定性。我觉得还有一方面也需要同时研究是它整个作为一个整体。我们做一些电池包的安全性的一些监测评估，觉得也是同样重要的，其实它是一个非常复杂的一个学科，就是多学科的交叉的地方。

周光敏：就像谢老师提的是不仅仅是各种材料。因为刚才我们说的材料不管是包覆也好掺杂也好，我们可能要做整个电池体系的监控。比如说一些传感监测，在热失控之前可能已经利用整个体系的监控已经把它关闭了等等。

另外我们除了强调电极材料，现在大家进一步的发展了一些新型电解液体系。不管是这种高压电解液或者宽温度区间的电解液等等都在促进电池的安全性的进一步的发展。下一代的聚合物电解质还是全固态电解质，电池体系可在安全性上可能有进一步的这种都会进一步提升。

祝渊：我刚才听谢老师讲的是电池跟它整个的一些封装也有关系，然后又联想到黄总刚才说你们是国内第一个做18650，咱还有没有可能创新出更新的电池的封装形式，然后比如说之前比亚迪刀片电池不是合成了。还有没有可能一些更有挑战性的电池的封装形式，现在能看到一些迹象？

黄旸：我觉得目前电池封装结构已经固定了这几种，圆柱、方形、还有软包，其实结构设计上来说很受局限的，不可能突然创造一个新的封装形式。这几种封装形式发展了几十年了，相关的优缺点都很明显，相关的制造工艺、产线设计都很成熟，很难再发展一种综合这几种封装结构所有优势，且和现在的制造工艺完全兼容的封装形式。

周光敏：针对正好祝老师提的这个问题，我觉得可能黄总既然说了第一个18650是你们提出来的，我觉得有没有可能设计新型电池结构打破现有的一些局限，举个例子，刚才正好祝老师提到这个问题，有没有可能未来在形状或者设计上，从我们做电池回收来看，很重要的一点是要能够精准的拆解。如果黄总有没有可能就是做成嵌入型对吧？正负极对着一拔正负极就分开了，这个方面就像刀片电池可以折叠的比较紧密。在体积不增加情况下保持很好的能量密度，又能让它很便于拆卸，或者是未来分类的回收，未来可能是很重要的一个方面。

这可能需要大的变动，需要有企业愿意来创新，因为在目前的环境下，圆柱型的也好，软包等等，希望有企业愿意来为下面或者下一代电池结构做铺垫和储备，可能也是值得考虑的。

黄旸：这还是得你们学术界天生要提出新的idea，我们来落地方案。我们做制造业的在思维上已经做的比较局限了。我们首先关注的就是电池可靠性怎么样，怎么在生产现场能够把电池平稳低制造出来了，减少报废，提高效率和良率。对电池制造企业来说，是很讨厌去做变动的。因此我们很少去考虑太前沿的技术，这些离我们的生产制造确实是太远了。每一项新技术的引进都需要投入大量的资源，大量的人力，大量的物力来进行研究。因此对我们来说还是立足于现实，先去评估新技术有没有量产的可行性。

谢琎：我觉得刚才祝老师讲了一个特别好的点，取决于我们怎么看待这个事情，或者说我们的价值导向，比方一个好的电池，到底说是因为它成本更低，还是说它能量密度更高，就是它的一个可维修性，或者说可拆解性的，也应该成为它的一个它的一个指标，到当我们发展到某个阶段以后，就它更容易拆解，更容易回收。如果说我们以为价值导向，我们很多在材料在设计或者包括电机在加工制造中的很多可能工艺也会有带来相应的改变。

黄旸：我觉得电池回收成本的降低最重要的就是涉及到电池制造工艺或电芯结构标准化，如果所有的电池都是用统一的工艺流程制造出来的，并且是同一个规格尺寸，这样的话下游的回收企业就可以用同一种拆解回收工具去进行电池的拆解回收。那么相应的回收产线的设计，回收工艺的设计还有回收设备的设计都可以简化很多。回收产线的投入，回收的效率都很改善很多。

祝渊：我这边又说到一位线上的朋友的问题，我给大家念一下，储能上用的主要是铁锂，然后就想对比一下说钠电储能上的大规模的应用，就是动力电池储能上的大规模应用，还有多远，要解决哪些问题？成本能量密度这些。

黄旸：我觉得现目前阶段来讲还是解决成本问题。因为储能的话其实对能量密度的要求不是特别高，因为它是一个储能电站，占地都是好几百平米，甚至好几亩地的面积。因此储能电站的使用环境上来说，对于电池的能量密度要求就不会特别高。对储能来说一个他就关心的一个是投入成本，这就涉及到电池的采购成本，如果电池的成本做得够低的话，在建设相关的储能电站时就具有优势。第二一个就是使用成本，这个就关系到电池的循环寿命，循环寿命越长，使用的时间越长，相应的后面电池的置换时间也会越长，相对来说它的使用成本就会更低一点。

对于钠电来说的话，储能是它未来的一个重要应用主要方向，目前我们实测的数据来讲它的循环寿命能做到4000周左右，比铁锂的话现在目前看到的这些宣传资料，能做到6000多周8000多周，甚至还有10000多周12000多周，还是有比较大的一个差距的。所以说还是必须对钠离子电池的材料结构，还有循环衰减的一些机理进行一个更深更深入的分析，争取能够把他的循环寿命至少得提升到5000周以上，这是对储能电池的一个最基本的需求。

姚文娇：我提一些小问题，首先请教一下黄总，国内了出了相关法案，就是禁止在大规模储能领域用三元正极？其实我觉得钠电因为它的正极也分为氧化物和聚阴离子，钠电的氧化物正极会不会也是类似锂电的三元正极，就是会有一些安全性上的问题，只不过由于现在因为目前应用没有那么多，推广没到位，所以暂时安全问题没有暴露出来。因为从化学角度，他们正极的结构还是比较相似的，可能从化学基本的正极的晶体结构角度上说，它会不会也会存在爆炸的危险。

黄旸：其实又回到材料本身了，因为从我们评估来讲，钠离子电池的负极是用硬碳的，其实不像石墨放热那么多。对于电池的热失控来说，最开始是负极SEI膜的破坏，造成电池内部温度的一个升高，然后就是电解液的分解，造成了电池温度进一步提升，然后造成正极材料热分解并且释放出大量的氧气，负极满电态的石墨遇到氧气后会释放大量的放热，最后造成了电池的一个热失控。那如果硬碳负极不会释放出大量的热的话，也不会造成电池的热失控。当然这个也不是绝对保障的问题。

我们扎了很多的钠电池，就发现很奇怪，同一批做出来的钠电池做针刺，就发现偶尔也会有几颗会燃烧起火的，到现在我们还没有搞清楚这里到底这些起火燃烧的电池到底是为什么的。我想可能跟我们试验线现场的一些管控有做很大的关系。但是从本质上来讲，其实钠电池安全性还是可以的。我们最近也看到一些钠离子电池的团体标准，还有行业标准里面都是把过针刺写到标准里面的。

祝渊：请三位老师你们自己理解的未来电池，然后来做一个总结和展望。

黄旸：我们在企业的还是比较俗一点，首先不管什么样的电池你得保证卖得出去，所以说成本对我们来说是最重要的。对电池的成本来说，一个就是原材料的成本必须得足够低，第二就是制造的工艺相对来说比较简单，效率和良率高，制造成本比较低。第三是商业的因素也很重要，就是供应链必须得比较稳定，不能像锂时不时来个价格暴涨，搞得下游的企业没法生产了。

除了成本之外，还有一个追求安全性，这个不仅是我们企业关注，广大客户也是非常关注的，我们的电池必须得保证极致的安全，但是我们也不可能过度的去追求安全性的提升。新能源从它诞生其就不断看到一些起火爆炸的案例。但是油车如果是车祸翻了等特殊情况下也会起火爆炸。不可能在什么样的情况下都保证一点问题都不出。对于新能源车来讲，就是在绝大部分的极端工况下，它可以保证安全性，我认为就ok了。

第三还是能量密度，这也是我们做电池的一贯追求。从近期的发展趋势来看的话就是正极材料采用富锂正极。负极上面的话，其实我们产业界跟学术界理解不大一样，大家都认为锂电池的未来是固态电池，但是学术界做的固态电池负极都用锂金属，因为锂金属的克容量非常高，但是我们产业界来讲是不愿意用锂金属负极的。锂金属一个是成本高， 还有就是它在空气中很快就氧化了，我们的产线必须得全部改造，全部都要密封到手套箱里，这个对电池的生产制造来说也是非常不友好的。我估计的话未来负极这一端，还是继续沿着现在石墨掺硅的路线。未来负极内硅的含量会逐步提高，甚至完全替代石墨，使得电池的能量密度进一步提升上去。   现阶段的话，电池能量密度最高的能做到320Wh/kg斤左右。如果按照未来发展路线能做到450Wh/kg甚至500以上。再往上的话可能就要用全新的体系了。看在座的各位大佬能够提出什么样的新的解决方案。

谢琎：我更多的从基础科研的角度上面来谈谈对锂电池发展的一个展望，特别是正极材料，我们现在研究这些体系，像层状的体系，还有像橄榄石的体系，其实都已经研究了很多年了，到现在三四十年的时间了。最早Goodengough他们提出来，到现在我其实很期待就是说未来能够看到一个新的体系，不管是一些类似的像富锂的层状，或者说是无序的岩盐的一些结构，会不会有一些新的正极材料？完全就颠覆掉我们现在常有的，因为现在这个体系我们研究到现在更多的是已经在逼近它的一个极限了，对吧？

我觉得未来的赛道可能在一些新的化学新的体系，新的一个晶体结构里面，我们说不定能够找到性能更优异的一些材料，可能能够和就是说现在的一些机器学习大数据能够结合起来，咱们怎么样去筛选。能够和就是说现在的一些机器学习大数据能够结合起来，咱们怎么样去筛选。

周光敏：就像黄总和谢老师都已经讲得很好，基金委其实这几年也一直在凝练，今年推出了超越传统的电化学的体系。因为这么多年的发展，我们一直大部分还是基于现有的这些商业电池，基于这种传统的嵌入式的电化学的体系。现在我们需要发展和挑战更多的传统的电池体系，比如说我们突破现有的比如说300到400瓦时每公斤的这种能量密度电池体系，未来可能发展锂硫电池或者是锂空气电池，以及针对一些特殊应用场景比如说火星探测深海相关的锂二氧化碳电池等高能量密度体系。另外大家肯定比较关心下一代的同样既要有这种高安全性，又要有高的循环使用的寿命。就像刚才祝老师也提到，比如说下一代的全固态电池等。

另外比如说一些除了锂以外，就把刚才黄总提到钠，还有很多涉及到钾电池，锌电池也很重要，如何将这些含有很大同时比较安全的这一类的体系，也有比较多探索，但是其实我也特别像谢老师提到，也特别希望看到也除了这些体系之外，我们提出一些新型的打破传统的大家都提到过的种电池体系，大家没有涉及，哪怕刚开始它的循环寿命还没有那么长，但是它有一定的特点，不管是容量高或者是安全性等等，具有其中的一个特征，可能都是很具有潜力的。

最后总结一下，从商业或者应用的角度，未来可能还需要发展新的体系，但针对现有的像我刚才提到的，我们有这么多的电池要退役，尤其是国外可能未来推动电动车的力度会跟中国一样大，因为现在可能中国还是主要的世界的电动车的市场，那么如果按我们现在这么大的比例，未来几亿辆的电动车退役电池的时候，如何发展出这种超越这种传统方法的回收的这么一个过程，可能也是需要大家一起努力。

当然这几年我们已经看到国内大量的注册企业，就从以前可能几百几千家这一下这两三年就几万家就涌现出来，我相信随着企业的这种大量的涌现一样，高校大量的科研人员的协助努力，我相信可以未来很好的解决提到的这些诸多的问题。