报告人：孙学良 中国工程院外籍院士、加拿大工程院院士、加拿大皇家科学院院士

以下内容为现场演讲实录：

尊敬的董扬理事长，尊敬的各位领导、各位专家：

【资料图】

大家上午好！我是孙学良，来自加拿大西安大略大学，非常荣幸参加这次盛会，特别是今天和大家讨论固态电池，我和大家讲一讲挑战。虽然还在倒时差，但是非常兴奋，今天来了很多企业家、企业的朋友，所以我就从最近访问企业谈起。

今年年初我访问了一些企业，特别是动力电池和整车厂，在过程中，我和各个企业讨论，有很深的感受，就是这些企业有非常重大的研发投入，包括固态电池的团队。我相信我们共同努力，能够从液态世界领先，能够在固态领域继续坚持领跑。

在与企业合作方面上，我非常荣幸和国家动力电池创新中心及国联研究院合作，2017年成立了中加联合实验室，得到了中国和加拿大政府的资助，包括中国有研熊总经理几次访问我在加拿大的实验室，也得到中央电视台的报道。特别是在这几年中开发出一些新型材料和解决工程化问题，比如在硫化物电解质稳定性问题的开发、批量生产、工艺过程，同时也包括新型电解质的开发，今天讲一讲新型电解质的开发。

欧洲2030计划，通过比较各种电池体系，固态电池的能量密度非常明显，从商业化窗口可以看到现在的电池到固态电池的发展，在2025-2030年之间是一个窗口期，包括高的能量密度、安全性和出色的低温性能和快充性能。固态电池路线图，有很多在讨论的问题，我专门拿了欧洲出的2030年路线图，这是很长的英文报告，我把它部分翻译成中文，跟大家进行讨论。

报告中短期、中期和长期目标，包括目标展望，液态和固态的比较，应用场景和关键指标。总体来说，2025、2030、2035这三个节点非常重要，总目标是第三代是350-400 Wh/kg的能量密度，这个过程中到400-500Wh/kg能量密度，我们的目标也是在500Wh/kg。

固态电池有很多挑战，我们必须克服这些挑战才能商业化。主要有三大挑战：材料问题、界面问题、工程化问题。

一、材料问题

材料问题，特别是集中在固态电解质的开发。目前我们已经有很多体系，比如和国家动力电池创新中心、国联研究院合作硫化物的方向。我们在座有很多在讲硫化物、聚合物和氧化物研究，我们开发中有没有新型的其他种类的，特别是卤化物的开发。

不同的体系优缺点，比如离子导非常重要，特别是丰田用的是硫化物体系，和我们集中开发卤化物体系的优缺点，红色是硫化物体系，非常高的离子导，但空气稳定性和对正负极的稳定性是有问题的。绿色代表最近开发的卤化物电解质的体系，可以看到离子导已经提高了很多，空气稳定性和对正极的稳定性都有明显的优点。这些年我们集中在开发这些材料，让它往商业化应用。

我上个月参加了国际电池学会大会，总结了一下，这个方向在世界范围内最近进展非常快，比如丰田提高离子导，目前提高了10倍。最近我们国家姚老师发的负极问题，包括高压性能、低价格、结构的研究、界面研究、模拟等不同方向，在这个领域都进展得非常好。

结构控制，特别是能否批量生产非常重要，所以我们组一直在开发不同的合成方法，从固相法，特别是开展了液相法，让我们能够把这种电池材料从小批量发展到大批量，特别是国联研究院用这种方法可以合成几十公斤材料。

总体来说我们是在发展不同的东西，首先是结构调控离子导，要应用到不同体系当中。比如结构调控，要从10-3次方能不能提高10倍的离子导是我们的发展方向，能不能把价格再降低10倍。能否展示到各种体系当中，比如软包，包括其他体系，比如锂硫体系、锂氧体系、正极高电压，所有这些都应该表现出来。

创新非常重要。我们必须要结构调控才能达到这个目的，比如松下研究从四面体到八面体。我们最近发现有一种框架结构，通过界面控制可以做出很多体系，这些体系在不同的相中表现非常高的离子导。可以调控很多不同的材料。

另一个方向是离子导能否继续增加10倍，能否达到硫化物现在的目标？最近松下已经报道可以达到10-2次方离子导，我们最近的工作也是做出从静态到非静态的研究，可以等6.6×10-3的离子导，让电池可以跑2400圈，可以展示出来，特别是它的快充和低温性能。

总体来说这个领域卤化物早期我们在发展，离子导非常低，从2018年开始达到10-3的离子导，2021年我还说什么时候我们能提高10倍离子导，现在我们应该达到了10-2离子导。希望这个方向继续能够努力往商业化走，提高离子导，降低价格。

二、界面问题

在卤化物当中是正极和负极界面的问题。松下的工作和韩国的工作已经充分证明它和硫化物比具有非常稳定的正极界面。我们的工作在液相合成时把正极材料放里面，用少量的电解质可以展示出它的高的能量密度。

负极是现在关键的问题，跟各个企业都讨论到用金属锂时怎么解决负极问题，卤化物正极是稳定的，负极对着零伏还需要解决问题。通过计算，必须寻找对零伏稳定的材料，让它对负极稳定。整个来说是双层电解质，一个正极电解质，一个负极电解质。这里提到姚教授最近的工作，已经展示出锂对锂非常的稳定。

另外一个方向，这种电解质具有非常好的负极稳定性，比如通过计算，这些电解质对零伏电压，已经证明锂对锂是稳定的，所以这个方向是非常好的方向，形成双层电解质，一边是正极稳定，一边是负极稳定。

三、工程化问题

商业化、工程化非常重要。我们在开展，特别是合作，和国联研究院、加拿大公司与我们联合实验室，最近广东佛山固态电池中心一起开发软包系统，这里需要做很多细致的工作。特别是要做高能量密度固态电池时，我们要做超薄的电解质，只有少用固态电解质，多用活性材料，能量密度才能体现出来。超薄电解质的制作有很多方法，特别是从液态发展到干电极法，我们做了一些展示，能把它做成15-20个微米级别，展示在氧化物、卤化物和硫化物体系当中，能够把全电池做出来。这个方向最近发展很快，包括宁波所、物理所、美国阿贡国家实验室都在开发干电极法，特别是上个月我开IBA国际会议时，德国组给我们很多启发，这个组就是用卷对卷的整个过程。所以这里还有很多挑战。

这里需要做几个方向的工作：

一是开发新型电解质，今天讲的是卤化物电解质开发，最近四年的过程进展非常多，已经到了10-2，还需要解决进一步的成本和批量化生产。

二是界面问题，需要开发热力学和动力学稳定的对金属锂的界面。电极开发，在软包上，特别从湿法到干法的开发过程，需要有几个关键点，电解质开发界面设计、电机工程和软包制作。

两点建议和感受：

第一，要极大的加强产学研结合，非常重要，特别是企业和高校，因为我们有强大的企业和工程团队，我们拥有世界上最多的固态电池开发人员，我们怎么能结合起来，1+1>2的过程。

第二，应该进一步加强基础研究，这一块非常重要，包括重视专利布局，只有创新，才能创造颠覆性的技术，只有好的专利布局，才避免“卡脖子”问题。

感谢我的研究组，这些年共培养了140人，其中70人回到国内，特别是最近两年12人有固态电池经验的已经回到国内，包括回到中国有研广东新材料研究院固态电池中心，希望有更多的人回到国内来做贡献。谢谢大家！

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