中國工程院院士陳立泉在《中國經濟大講堂》演講時指出，中國鋰電池研究并不晚，幾乎和世界同步。1995年，第一塊鋰電池在中科院物理所誕生了，已達到世界先進水平。現在，中國鋰離子電池產量已穩居世界第一。

 

       中國鋰離子電池產量為什么能夠世界第一？這要從開始來講起。

 

       中國鋰電池研究并不晚，幾乎和世界同步。1976年的圣誕節之前，科學院派遣我到西德。那個時候德國還沒有統一，東德、西德是分開的。我到西德斯圖加特馬普固體所進修，當時我很快發現他們全所上下都在研究氮化鋰晶體的性能，我感到很奇怪，為什么大家對氮化鋰這么感興趣？當時才知道氮化鋰是一個離子導電的材料，據說是一種叫超離子的導體，可以用來作汽車的電池。我聽到這句話之后馬上在腦子里想了一下，我是不是要改方向。

 

       他們的研究所有個開門辦所，有一天對社會開放，他們就把這個氮化鋰，這一個類似于扣子似的小電池擺在桌子上，旁邊放了一個鉛酸電池。我一看，一個鉛酸電池很沉，一個扣式電池很輕。我就想這個東西的確是很有用的，所以我馬上就給國內所里打報告，我說我要改行，從晶體生長改到新的學科，叫固體離子學。大概一個月以后，所里給我回信，允許我改行。回國以后，科學院非常支持把這個項目給物理所，說應該給這個年輕人建個研究室，所以很快就成立了一個固體離子學實驗室。這是當時國內第一個固體離子學實驗室，也是物理所最小的一個實驗室。我從事的工作就是鋰離子導體和鋰電池研究。

 

       1991年索尼公司宣布產業化以后，物理所迅速跟進了。當時我們就在思考怎樣能夠邁出產業化的第一步。我們做研究的單位是把錢變成知識，如果投資的單位是把技術變成錢。怎么想辦法能把知識變成技術，就是怎么能夠銜接上，我們提出了一個思路，就說能不能想辦法讓研究單位往前走幾步，讓投資單位往前走幾步，我們在“橋”中間會合。所以就找了一個投資方，1993年簽訂了一個A型鋰離子電池的研究開發協議，投資方給的經費是10萬元錢，同時更重要的是派了三個人來。這三個人當時對我們有很大支持，因為當時實驗室我就一個碩士生，人手很缺乏。

 

       很快1995年第1塊鋰電池就從中科院物理所誕生了。當時的這個手機叫“大哥大”，可能年紀稍稍大一點知道，“大哥大”就是像一個磚頭一樣的一個手機，當時拿個“大哥大”是一種身份的象征。A型鋰離子電池就是“大哥大”的電池。中科院鑒定以后認為，當時這個水平達到世界先進水平，可以再進一步往下走，這就是當時我們在實驗室怎么樣從知識變成了技術，走出了這一步。

 

       陳立泉院士指出，目前我國鋰電池技術發展不錯，這是學術界、工程界和產業界的合作，是研究院所和大學的通力合作，是高度的重視原始創新、基礎研究和應用研究緊密結合，加快研究成果產業化進程的結果。

 

       鋰離子電池的發明肯定不是日本人，要不諾貝爾獎怎么是給兩個美國人和一個日本人。所以說鋰離子電池是日本人發明的這個話不完全對，可以說鋰離子電池是日本人先產業化的，這句話是對的。

       我們可以從這張圖看得出來，日本人最早1991年宣布產業化，市場占有率是100%，然后一直往下掉，現在還在往下掉。連索尼公司都不做鋰離子電池了，它的鋰離子電池賣給了另外一個公司。韓國人跟中國人是往上走的，到2014年我們中國的動力電池、鋰電市場份額已經超過了日本跟韓國，處于世界的第一位，現在還在往上升。

 

       我們鋰電池技術從目前發展的情況來看是不錯的。實際上是學術界、工程界和產業界的一個合作，是研究院所和大學的通力合作，高度重視原始創新、基礎研究和應用研究緊密結合，加快研究成果的產業化進程。

 

       Goodenough(約翰·古迪納夫)發現了普遍使用的正極材料鈷酸鋰還有磷酸鐵鋰，但這兩種材料都有缺點。鈷酸鋰實際上只能取出0.5摩爾的鋰，而磷酸鐵鋰實際上是個絕緣體，都有缺點。我們想辦法找出它的缺點，然后通過理論計算和試驗相結合進行了改性并且取得了專利權，這個專利權對于我們鋰離子電池的發展起了非常重要的作用。

 

       前幾年比利時的五礦公司要到中國來收鋰離子正極材料知識產權費，據說是一噸要收5萬。做鈷酸鋰三元材料大概一噸的利潤可能也不到5萬，他們就到海淀知識法庭把我們告了，后來中國的做正極材料的企業聯合物理所和他們庭外和解，因為我們有這個專利，所以他們再也沒有提要收專利費的問題。看得出來，不是我們的原創材料，但是我們做了工作，我們也申請了我們的專利，對于保護我們自己的企業是很有好處的。

 

       第二個例子就是磷酸鐵鋰。它是個絕緣體，我們通過理論計算，它是個一維的離子導體，如果說你在鋰位摻上鉻這種大的離子的話，就把這個鋰的通道堵塞了，這樣是不行的，沒法用。后來就有人又提出來一個在鐵位摻鈉。鐵位摻鈉的時候，顏色變黑了，電導率也提高了幾個數量級，它的離子電導率和電子電導率都挺好。所以法國和德國科學家認可這個工作，這是唯一的一條可行的路，打破了國外的原始專利對磷酸鐵鋰材料的壟斷。這樣才有我們現在各鋰電池企業在相當大量地使用磷酸鐵鋰材料，不受國外知識產權的影響。

 

       從這兩個例子可以看得出來，雖然我們沒有做原始創新，是我們給它改性、再創新了，也是非常重要的。

 

       剛才講的是兩個正極材料，那么現在我講負極材料，這是我們的原始創新了。清華大學很早就申請了天然石墨做鋰離子電池負極的專利。兩年前，它申請了國家的發明獎，這個發明獎就等于是承認了我們用天然石墨做鋰離子電池的負極是我們的知識產權。光有石墨還不行，石墨的容量是比較低的，372毫安時每克。硅的容量實際上是相當高的，那么硅能不能夠作為鋰離子電池的負極呢？1999年我就做了這個工作，申請了第一個專利。所以國際上第一個硅作負極的專利是我們申請的，這個是美國人也承認的。但是你要把它用上，還是相當困難的。從幾百毫克到幾百公斤，用了17年的時間，這17年我們走的路從文章變成技術，然后變成產品，變成市場。

 

       我們現在的原材料基本上是已經國產化，進口的量已經相當少，同時我們的設備絕大部分也都是國產化的設備，更不用說員工的技術，現在基本上都是我們自己培養的技術。

 

       自從發現了電以后，人類就一直在想方設法把電儲存起來，于是有了電池，而科技的進步，讓電池的蓄電能力越來越強。隨著鋰電池、太陽能電池等新型動力電池的問世，電池技術已今非昔比。盡管現在鋰離子電池的應用占據著絕對優勢，但是有不少企業和研究機構已經在探索電池產品新的未來，鈉離子電池、氫氧燃料電池、固態電池等等新概念電池紛紛進入大眾視野，那么，誰才是未來的終極電池？

 

       中國工程院院士陳立泉指出，發展固態電池，一定要有屬于中國自己的創新，這樣才能為實現電動中國的夢想奠定基礎。像鈉離子電池、鋁離子電池、鎂離子電池、鋅離子電池的研究現在都應該做，只要我們能夠抓住時機不放棄，是有機會走到世界前頭的。

 

       現在的鋰離子電池是液體電解質，那么能量密度已經基本上到了極限，大概300瓦時每公斤或者350瓦時每公斤，已經到了極限。那么安全性問題時有發生，由于它一個能量密度有限，一個安全事故會發生，所以這樣我們要考慮固態電池。

 

       固態電池它是什么呢？現在我們用的是鋰離子電池，更全面一點包括像鎳氫電池、鎳鎘電池、鉛酸電池這些都是液態電解質的電池。固態電池可以做得跟鋰離子電池一樣，只不過把電解液換成是固態。它是固態，就是里頭不含液態或者液態含的很少。固態電池實際上不是一個新的東西，“六五”計劃、“七五”計劃我們就將固態電池列入重點課題，那么科技部也是第一個把固態電池這個課題列為重大項目。固態電池的關鍵就是要研究固體電解質材料，固態電池它的負極是用金屬鋰。中間這個電解質是固體，固體電解質不是液體，那么正極可以用不含鋰的正極材料，也可以用現有的這種正極材料。如果說能夠找出來不含鋰的正極材料，或者說容量更高的，我們就可以做出能量密度更高的固態電池，那么它的能量密度就可以大于每公斤500瓦時，那么它安全事故可以大大減小。

 

       實際上固態電池不是說沒有短路的那一天，如果固態電池有短路那一天它會不會燃燒？金屬鋰在空氣里頭可能起某種反應，但是它的量比較小，它不會爆炸，所以安全性應該說是比現在的鋰離子電池應該要安全。

 

       固態電解質基本上我們中國人沒有原始創新，比較少。既然要發展固態電池，一定要有我們的創新。常見的聚合物的材料就這么幾種，PEO (聚環氧乙烷)、PP0(聚環氧丙烷)、PAN(聚丙烯腈)，它們的室溫離子電導率都比較低。最近青島能源所崔光磊做了一些新的工作，他可以室溫下做到10的負4次方西門子每厘米，他的電池也用上了，所以應該說有新的進展。米歇爾·阿芒德聽到崔光磊的報告以后，第二天就給我發個E—MAIL，說看來中國人再一次走到了世界的前列。最近新引進的一位王雪峰博士，物理所把他引回來了，他把鋰離子電池和鋰氧電池混起來，他是用什么？用硫化鉬作正極，二硫化鉬它可以插鋰進去，也可以插氧進去，形成一個新的化合物。混起來以后，它容量是相當高的。這個工作我們在物理所也申請了專利，所以這是新的一些思路，將來會對固態電池起作用。

 

       所以我希望通過固態電池的發展來使我們國家能從跟跑、并跑一直到領跑。能夠使世界市場占有率第一位的位置我們能夠保持。要保持這個第一位地位的位置，我想對目前的鋰離子電池的工作我們不能放松，就是有很多創新的工作、創新的成果我們要往產業化走。

 

       日本人Kanno(菅野)我很佩服他，他一直堅持固體電解質一直沒放，我覺得日本的這一點我們是值得學習的。我們的固態電池研究工作從鋰離子電池開始就基本上都放掉了、停掉了，但是現在，只是現在我們又回過頭來重新去做。我覺得重新去做也不晚，我們還可以，實際上還可以趕得上，從目前的趨勢來看我們還是有優勢。所以鋰電池的工作，無論是鋰電池也好、固態電池也好、還是液體電解質電池都是應該是有很多工作要鼓勵創新的。除了這個以外，其他電池一定要做，比方說鈉離子電池，你別看現在大家做鋰離子電池都是信心滿滿，但是全世界開的車都用鋰離子電池的話，實際上鋰是不夠的。昨天米歇爾·阿芒德也給了一個數據，就是說全世界10%的電動汽車都用電池來開的話，它大概需要多少電池 ？60多億噸還是多少，量是相當大的。這樣的情況下，一定要發展像鈉離子電池這一類資源比較豐富的電池。另外鋁離子電池、鎂離子電池或者是鋅離子電池這些實際上也應該做的，特別是有些工作是我們有優勢，是我們在先的。

 

       鈉離子電池是我們有優勢，第一輛低速電動車是我們演示的，第一個100千瓦的電站是我們演示的，然后就像鋅離子電池的專利，人家也承認是中國的首先的專利。現在我們正在做鋰的或者鎂的固態電池，我覺得這些東西的話大家都是從頭做起，我覺得是我們只要抓住時機能夠不放棄，應該說是有機會走到世界前頭的。

 

       氫氧燃料電池不是電池，它實際上是個發電裝置。就是說你有了氫了，我通過它加上氧我可以發電、產生電，它是個發電裝置，不是電池。但是氫氧燃料電池我們一定要研究。氫它沒有礦，它不像鋰，鋰有鋰礦。中國的這個鋰的資源雖然是沒有南美洲那么多，但是我們還算是鋰資源比較豐富的國家，但是氫你沒有。你將來氫從哪兒來？有人說你電解水制氫呢?那當然是可以電解水制氫，大家都可以電解水制氫，但是電解水制氫要什么？要電。你有了電，以電解水制氫，然后氫你再把它裝瓶也好，把它液化，最后你再把氫又用氫氧燃料電池去發電。就是說開始是電，最后還是電，你都是用這電去開車。

 

    如果說能夠解決太陽能光解水制氫這個問題，那么將來我們氫氧燃料電池的確是大有希望。氫氧燃料電池我們要研究，但是要大發展，就是說它要去取代鋰離子電池的這個地位，不是近期的事情。