“十三五”期間，中國新能源汽車的產(chǎn)銷快速增長，連續(xù)五年位居全球第一，預計到今年年底新能源汽車的保有量將突破500萬輛。同時，中國在新能源電池的核心技術方面也不斷傳來好消息，80歲的中國鋰電池第一人陳立泉帶著他的團隊研發(fā)出了新型的電池材料。

新型納米硅鋰電池問世，容量是傳統(tǒng)鋰電池的5倍

80歲的中國工程院院士陳立泉是中國鋰電產(chǎn)業(yè)的奠基人。上世紀80年代，陳立泉和團隊在中國率先開展了固體電解質(zhì)和鋰二次電池研究。1996年，他帶領科研團隊在國內(nèi)率先研制出鋰離子電池，率先解決了國內(nèi)鋰離子電池規(guī)模化生產(chǎn)的科學技術與工程問題，實現(xiàn)了國內(nèi)鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化。

在江蘇溧陽，陳立泉院士的得意門生李泓，帶領團隊經(jīng)過二十多年的技術攻關，在一項鋰電池關鍵原材料上獲得了突破，并在2017年進行了量產(chǎn)。

納米硅負極材料是他們自主研發(fā)的新材料，用它做成的紐扣電池，其容量是傳統(tǒng)石墨鋰電池的5倍。

硅在自然界中廣泛存在，儲量豐富，砂子的主要成分就是二氧化硅。但是要把金屬硅做成硅負極材料，就要進行特殊的加工處理。在實驗室里，完成這樣的加工處理并不是難事，但是要做成噸級的硅負極材料，這就需要大量的技術攻關和試驗。

中科院物理所從1996年就開始研究納米硅，2012年開始做硅負極材料生產(chǎn)線，直到2017年才做出第一條生產(chǎn)線，而且不停地調(diào)整修正。經(jīng)歷過幾千次的失敗才批量生產(chǎn)出了硅負極材料。目前，溧陽這家工廠年產(chǎn)鋰離子電池硅負極材料可以達到2000噸。

如果說硅負極材料是未來提高鋰電池能量密度的一個很好的選擇，那么固態(tài)電池技術則是解決目前鋰電池安全性、循環(huán)壽命等問題的一種公認的有效解決方案。當前很多國家都在積極布局固態(tài)電池的研制，中國在固態(tài)鋰電池技術方面的研發(fā)也在與國際同步。

在溧陽的這家工廠里，采用了李泓教授帶領團隊研發(fā)的固態(tài)鋰電池的無人機，續(xù)航里程比同樣規(guī)格的無人機，增加了20%。奧秘都在這個黑褐色的材料上，它們就是中科院物理研究所研制的固態(tài)化正極材料。

2018年，這里已經(jīng)完成了300Wh/kg固態(tài)動力電池系統(tǒng)的設計開發(fā)，在車輛上搭載后，可以使整車續(xù)航里程增加一倍。2019年，中科院在江蘇溧陽建立了固態(tài)電池中試生產(chǎn)線，今年5月，已經(jīng)陸續(xù)有產(chǎn)品開始在消費電子類產(chǎn)品中使用。

不過，李泓告訴記者，這還不是完全意義上的全固態(tài)電池，而是在液態(tài)鋰電池技術上不斷優(yōu)化的類固態(tài)電池，要想讓汽車續(xù)航里程更遠、手機待機時間更長、無人機飛得更高更遠，就要研發(fā)更安全、更大容量的全固態(tài)電池。

新型電池層出不窮“電動中國”正在建設

不僅是中科院科物理所，很多企業(yè)也都在探索新能源電池的新技術、新材料。在廣東珠海的一家新能源公司，一輛純電動公交車在公司的充電示范區(qū)進行充電。

充電三分多鐘，剩余電量就由33%上升到60%以上，僅僅8分鐘，這輛公交車的電量就充滿了，顯示為99%。

梁工告訴記者，城市公交車線路固定、一個來回的公里數(shù)不會超過100公里，利用公交司機休息的時間充電，可以充分發(fā)揮鈦酸鋰電池充電快的優(yōu)勢，另外鈦酸鋰電池還有循環(huán)壽命長的優(yōu)勢。

在這家公司的電池研究院，有一塊從2014年就開始進行充放電循環(huán)試驗的鈦酸鋰電池，如今六年時間，充放電已超過3萬次。

在另外一間實驗室，技術人員給記者演示了鈦酸鋰電池跌落、針刺、切割試驗，特別是鋼針刺穿進電池之后，沒有發(fā)生燃燒、冒煙等現(xiàn)象，而且電池還能正常使用，同樣鈦酸鋰電池具有寬域的環(huán)境溫度。

盡管鈦酸鋰電池有長壽命、高安全、充電快的優(yōu)勢，但是鈦酸鋰電池的能量密度不夠高，只有鋰電池的一半左右。因此，他們把目標市場放在了公交車、專用車輛，以及儲能電站等對能量密度要求不高的應用場景。

在儲能電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面，中科院物理研究所研發(fā)的鈉離子電池已經(jīng)開啟了商業(yè)化之路。相同的儲電量，鈉離子電池相比鉛酸電池，不僅體積小，而且重量大大減輕，同樣體積鈉離子電池的重量不到鉛酸電池的30%。在一款低速電動觀光車上，同樣的空間，儲存的電量增加了60%。

2011年，同樣師從陳立泉院士的中科院物理所研究員胡勇勝帶領團隊，開始致力于鈉離子電池技術的研發(fā)，經(jīng)過近10年技術攻關，開發(fā)出了鈉離子電池，在國內(nèi)以及全球鈉離子電池底層研發(fā)及產(chǎn)品應用領域都處于領先地位。

相比鋰離子電池，鈉離子電池最大的一個優(yōu)勢就是原材料分布廣泛、價格便宜。生產(chǎn)負極材料的原料就是經(jīng)過洗選的煤炭，每噸的價格不到一千元，遠遠低于幾萬元一噸的石墨價格。而另一種材料碳酸鈉，同樣資源量豐富，價格便宜。

鈉離子電池不易燃燒，安全性好，在零下40攝氏度都可以工作，但是能量密度不如鋰電池，目前只能用在低速電動車、儲能電站等對能量密度要求較低的領域。不過，鈉離子電池的目標是用做儲能設備，目前已經(jīng)開發(fā)出100千瓦時的儲能電站系統(tǒng)。

對于未來動力電池、儲能電池發(fā)展的方向，中國工程院院士陳立泉認為，安全性和成本仍然是動力電池、儲能電池等技術攻關的核心要求。在傳統(tǒng)能源緊缺的情況下，儲能電池能夠促進可再生能源并網(wǎng)應用，改善峰谷用電矛盾，形成綠色、可持續(xù)的能源結構。

攻克新能源發(fā)展的“痛點”

中央關于“十四五”規(guī)劃的建議中，將新能源、新能源汽車同新一代信息技術、生物技術、高端裝備、特種航天、海洋裝備等列為要加快發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。同時指出，要構建戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)增長引擎，培育新技術、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)、新模式。

在節(jié)目中我們看到，科研機構、產(chǎn)業(yè)化公司，正在通過不同的技術路線，攻克新能源發(fā)展的“痛點”。目前，我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展雖然取得了一定的先發(fā)優(yōu)勢，但仍面臨發(fā)展短板的問題，核心技術也有待突破，這些都等待著勇敢者們用智慧去攀登，用堅持來跨越。