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報告人：孫學良中國工程院外籍院士、加拿大工程院院士、加拿大皇家科學院院士
以下內容為現場演講實錄：
尊敬的董揚理事長，尊敬的各位領導、各位專家：
大家上午好！我是孫學良，來自加拿大西安大略大學，非常榮幸參加這次盛會，特別是今天和大家討論固態電池，我和大家講一講挑戰。雖然還在倒時差，但是非常興奮，今天來了很多企業家、企業的朋友，所以我就從最近訪問企業談起。
今年年初我訪問了一些企業，特別是動力電池和整車廠，在過程中，我和各個企業討論，有很深的感受，就是這些企業有非常重大的研發投入，包括固態電池的團隊。我相信我們共同努力，能夠從液態世界領先，能夠在固態領域繼續堅持領跑。
在與企業合作方面上，我非常榮幸和國家動力電池創新中心及國聯研究院合作，2017年成立了中加聯合實驗室，得到了中國和加拿大政府的資助，包括中國有研熊總經理幾次訪問我在加拿大的實驗室，也得到中央電視臺的報道。特別是在這幾年中開發出一些新型材料和解決工程化問題，比如在硫化物電解質穩定性問題的開發、批量生產、工藝過程，同時也包括新型電解質的開發，今天講一講新型電解質的開發。
歐洲2030計劃，通過比較各種電池體系，固態電池的能量密度非常明顯，從商業化窗口可以看到現在的電池到固態電池的發展，在2025-2030年之間是一個窗口期，包括高的能量密度、安全性和出色的低溫性能和快充性能。固態電池路線圖，有很多在討論的問題，我專門拿了歐洲出的2030年路線圖，這是很長的英文報告，我把它部分翻譯成中文，跟大家進行討論。
報告中短期、中期和長期目標，包括目標展望，液態和固態的比較，應用場景和關鍵指標。總體來說，2025、2030、2035這三個節點非常重要，總目標是第三代是350-400Wh/kg的能量密度，這個過程中到400-500Wh/kg能量密度，我們的目標也是在500Wh/kg。
固態電池有很多挑戰，我們必須克服這些挑戰才能商業化。主要有三大挑戰：材料問題、界面問題、工程化問題。
一、材料問題
材料問題，特別是集中在固態電解質的開發。目前我們已經有很多體系，比如和國家動力電池創新中心、國聯研究院合作硫化物的方向。我們在座有很多在講硫化物、聚合物和氧化物研究，我們開發中有沒有新型的其他種類的，特別是鹵化物的開發。
不同的體系優缺點，比如離子導非常重要，特別是豐田用的是硫化物體系，和我們集中開發鹵化物體系的優缺點，紅色是硫化物體系，非常高的離子導，但空氣穩定性和對正負極的穩定性是有問題的。綠色代表最近開發的鹵化物電解質的體系，可以看到離子導已經提高了很多，空氣穩定性和對正極的穩定性都有明顯的優點。這些年我們集中在開發這些材料，讓它往商業化應用。
我上個月參加了國際電池學會大會，總結了一下，這個方向在世界范圍內最近進展非常快，比如豐田提高離子導，目前提高了10倍。最近我們國家姚老師發的負極問題，包括高壓性能、低價格、結構的研究、界面研究、模擬等不同方向，在這個領域都進展得非常好。
結構控制，特別是能否批量生產非常重要，所以我們組一直在開發不同的合成方法，從固相法，特別是開展了液相法，讓我們能夠把這種電池材料從小批量發展到大批量，特別是國聯研究院用這種方法可以合成幾十公斤材料。
總體來說我們是在發展不同的東西，首先是結構調控離子導，要應用到不同體系當中。比如結構調控，要從10-3次方能不能提高10倍的離子導是我們的發展方向，能不能把價格再降低10倍。能否展示到各種體系當中，比如軟包，包括其他體系，比如鋰硫體系、鋰氧體系、正極高電壓，所有這些都應該表現出來。
創新非常重要。我們必須要結構調控才能達到這個目的，比如松下研究從四面體到八面體。我們最近發現有一種框架結構，通過界面控制可以做出很多體系，這些體系在不同的相中表現非常高的離子導。可以調控很多不同的材料。
另一個方向是離子導能否繼續增加10倍，能否達到硫化物現在的目標？最近松下已經報道可以達到10-2次方離子導，我們最近的工作也是做出從靜態到非靜態的研究，可以等6.6×10-3的離子導，讓電池可以跑2400圈，可以展示出來，特別是它的快充和低溫性能。
總體來說這個領域鹵化物早期我們在發展，離子導非常低，從2018年開始達到10-3的離子導，2021年我還說什么時候我們能提高10倍離子導，現在我們應該達到了10-2離子導。希望這個方向繼續能夠努力往商業化走，提高離子導，降低價格。
二、界面問題
在鹵化物當中是正極和負極界面的問題。松下的工作和韓國的工作已經充分證明它和硫化物比具有非常穩定的正極界面。我們的工作在液相合成時把正極材料放里面，用少量的電解質可以展示出它的高的能量密度。
負極是現在關鍵的問題，跟各個企業都討論到用金屬鋰時怎么解決負極問題，鹵化物正極是穩定的，負極對著零伏還需要解決問題。通過計算，必須尋找對零伏穩定的材料，讓它對負極穩定。整個來說是雙層電解質，一個正極電解質，一個負極電解質。這里提到姚教授最近的工作，已經展示出鋰對鋰非常的穩定。
另外一個方向，這種電解質具有非常好的負極穩定性，比如通過計算，這些電解質對零伏電壓，已經證明鋰對鋰是穩定的，所以這個方向是非常好的方向，形成雙層電解質，一邊是正極穩定，一邊是負極穩定。
三、工程化問題
商業化、工程化非常重要。我們在開展，特別是合作，和國聯研究院、加拿大公司與我們聯合實驗室，最近廣東佛山固態電池中心一起開發軟包系統，這里需要做很多細致的工作。特別是要做高能量密度固態電池時，我們要做超薄的電解質，只有少用固態電解質，多用活性材料，能量密度才能體現出來。超薄電解質的制作有很多方法，特別是從液態發展到干電極法，我們做了一些展示，能把它做成15-20個微米級別，展示在氧化物、鹵化物和硫化物體系當中，能夠把全電池做出來。這個方向最近發展很快，包括寧波所、物理所、美國阿貢國家實驗室都在開發干電極法，特別是上個月我開IBA國際會議時，德國組給我們很多啟發，這個組就是用卷對卷的整個過程。所以這里還有很多挑戰。
這里需要做幾個方向的工作：
一是開發新型電解質，今天講的是鹵化物電解質開發，最近四年的過程進展非常多，已經到了10-2，還需要解決進一步的成本和批量化生產。
二是界面問題，需要開發熱力學和動力學穩定的對金屬鋰的界面。電極開發，在軟包上，特別從濕法到干法的開發過程，需要有幾個關鍵點，電解質開發界面設計、電機工程和軟包制作。
兩點建議和感受：
第一，要極大的加強產學研結合，非常重要，特別是企業和高校，因為我們有強大的企業和工程團隊，我們擁有世界上最多的固態電池開發人員，我們怎么能結合起來，1+1>2的過程。
第二，應該進一步加強基礎研究，這一塊非常重要，包括重視專利布局，只有創新，才能創造顛覆性的技術，只有好的專利布局，才避免“卡脖子”問題。
感謝我的研究組，這些年共培養了140人，其中70人回到國內，特別是最近兩年12人有固態電池經驗的已經回到國內，包括回到中國有研廣東新材料研究院固態電池中心，希望有更多的人回到國內來做貢獻。謝謝大家！
（注：本文根據現場速記整理，未經演講嘉賓審閱）
（中國粉體網編輯整理/文正）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除！
