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经纬科创汇动力电池专场又与人人碰头了，我们和DeepTech战略相助，约请到了学界与业界的资深专家，以及行业投资人与创业者来举行交流。

本篇是我们动力电池系列的第3篇文章，访谈工具是王向阳院士，他是国际着名的动力电池、储能与燃料电池手艺科学家，也是美国国家发现家科学院院士、宾夕法尼亚州立大学讲席教授、电池与储能研究院院长。

王院士在锂离子电池和燃料电池手艺方面有靠近30年的研究履历，在Nature、Nature Energy、Joule、PNAS、Science Advances等期刊上揭晓了220多篇学术论文，他还拥有120多项专利，并出书了两本专著。

其中，王院士揭晓在《Nature》上的关于全天气电池（ACB）的发现，被2022年北京冬奥运会接纳，成为驱动奥运电动汽车的焦点手艺之一，同时该手艺已经授权给了宝马等车企。而另一项最新手艺“充电10分钟，续航400公里”，行使快速加热以及非对称的充放电温度(Asymmetric Temperature Modulation, ATM)实现了高比能锂离子电池的极速充电，推翻性地解决了“10分钟内充好电动汽车”难题，该功效揭晓于2019年10月《Joule》上，这是迄今为止在极速充电领域被报道的最好效果。

我们与王院士探讨了电池包小型化、正负极质料选取需要遵照的纪律、固态电池的难点与可能性、航行电池（用在eVTOL上）需要什么样的手艺特征……

以下，Enjoy：

经纬：当下，电动汽车正面临着原质料的严重匮乏，锂、镍、钴价钱都在飙升，似乎我们没有足够多的动力电池，来知足消费者对电动汽车日益增进的需求。在这种情形下，您以为是否应该反思长续航/大电池的生长偏向，好比最先思量电池包小型化的计谋？有什么手艺刷新可以让小电池包来为消费者解决里程焦虑？

王向阳：现在这个是全球性的问题，一些金属原质料匮乏，再加上疫情时代全球供应链极其懦弱。在这种情形下，我们是不是还应该再在民众电动汽车坚持长续航蹊径，由于长续航意味着必须是大电池，但由于种种缘故原由产能不够。

以是我们应该思量电池包小型化的蹊径，好比原来150度电、续航1000公里的电池，现在把它做成50度电，这样原本只能用在一辆车上的动力电池，现在可以用在三辆车上。

但50度电需要去解决里程焦虑，否则也不能行。这就涉及到许多要害手艺，最主要的就是快充。50度电一样平常可以续航300公里，若是可以在十分钟内再充满50度电，就不会太影响驾乘体验。以是快速便捷的补能，将会是以后解决电池供应、原质料匮乏的一个主要手段。

经纬：若是要走电池包小型化的蹊径，是不是同时也需要大幅提高充电桩的笼罩率？需要兴建大量新的基础设施？

王向阳：我们可以做一个简朴的盘算。当把电池包小型号化以后，就拿50度电作为例子，海内也有许多特斯拉250千瓦的超充桩，它现实上可以在一个小时中，服务5辆50度电的电动车。这说明我们的快充桩，若是是以国家基建的形式去做应该很容易解决。

第二点，现实上现在特斯拉的超充桩，每一个桩一个小时只能服务一辆电动车，行使率只有20%。若是把快充系统做好，就可以在现有的快充桩上，增添5倍的行使率，也就是现有的超充桩已可以支持增添5倍的电动车数目。电池包小型化、快充、大功率超充桩是一个系统。

经纬：电化学着实是一个相对成熟的领域，它的“第一性原理”就是能量守恒定律，您以为怎么依据这个定律来选择手艺路径与投资偏向？

王向阳：对这一点也是我经常说的，动力电池的第一性原理就是能量守恒，做手艺的也好，做产物的也罢，不会有不费吹灰之力就能飞上天的事情，以是用第一性原理可以去判断许多手艺和企业生长偏向。

举个例子，假设要想续航一千公里，就必须要消耗150度电，这就是能量守恒，无论能量密度多高，一度电若干钱，成本就在那。而储能现实上是一个异常昂贵的事情，我要储一度电需要一千块钱成本在电池里，相比补能一度电，可能就只要花一块钱。

以是储能和补能相比，其中有一千倍的成本差距。我们在生长有商业价值的手艺或产物时，一定要想到，不是说储能储得越多越好、时间越长越好。若是反过来，储很少的能，但可以靠补能快速周转过来，整体成本一定才是最少的。这就是用第一性原理去思索未来的路径。

经纬：您之前还提过，电池的平安性应该排在第一位，其中保证平安的电芯将是要害。在平安性方面，最近有哪些手艺突破？

王向阳：平安是绝对第一位的。没有平安的电池，新能源汽车成不了产业。去年美国通用汽车公司，也许有20多例电动汽车着火，最终导致大量召回，此举损失了18亿美金，异常惨重。以是无论从哪个角度来说，平安都是第一位的考量因素。

此外，由于电池包集成是事态所趋，好比C2C（Cell to Chassis），就是直接把Cell放到台架上面，这就对电芯自己的平安性提出了更高的要求。由于这时刻的电池包，就不能能通过简朴方式，好比在两个电池之间，放隔热质料来防止火焰流传。而且也不能能当一个电池坏了，能够隔离其他的，再把它很容易地取出来换掉，由于电芯都已经集成到车体内里了。

在这种大趋势下，电芯自己就要足够平安，一定要用耐热稳固的质料，好比电解液中挥发性强的溶剂必须要去掉，这些都是动力电池在越来越集成大趋势下的效果，未来为了节约空间，电池甚至可以集成在车门里。

经纬：固态电池一直被视为有伟大推翻潜力的时机，但在当下，全固态由于“固固接触”的问题，生长得还很艰难。未来也许需要有新的质料突破，或是其余领域的降维袭击，才气带来推翻性改善。您最近有看到什么有潜力的手艺突破吗？

王向阳：现在全固态电池，在电解质和电极质料之间，存在了一个固-固的界面，随着充放电时电极体积转变，会发生许多问题。同时一些高导电率的电解质，真正用在全固态电池上效果并欠好，由于在质料选择上必须要思量平衡，不仅要导电率高，还要稳固。许多所谓的超导电率固态电解质，稀奇是硫化物，都是异常不稳固的。

以是近年来，我以为在全固态电池中，最大的突破着实是人们对固态电池有了科学的熟悉，知道要把全固态电池的整体性能做好，就不应该只追求高导电率，我们现在的研究偏向已经转向在导电率和稳固性之间追求一个平衡。

这是一个新的认知，也是一种突破，我信托在未来会有一些高稳固性的新质料泛起。我的一个展望是，未来主流的全固态电池需要加热后才气使用，它可能在常温下活性平平，需要在60度或80度事情。真正做到事情时大功率，不事情时高平安。

固态电池事情原理示意图

经纬：另外在全固态电池里，您以为正负极质料会跟现在的三元/磷酸铁锂系统有所差异吗？

王向阳：全固态只是解决了电解质的问题，现实上使用的照样同样的正负极质料，没有转变。从理论上来说，把电解液换成电解质，和正极、负极的活性质料没有太大的关系。但它可能会辅助一些在电解液中对照难乐成的质料，好比锂硫系统中的硫，由于会消融然后跑到负极上，但在固态电解质中能获得解决。但从原理上说，无论用什么电解液或电解质，不太影响能量密度。

经纬：我们现在听到的都是固态电池的种种优势，好比更平安等等，但固态电池自己有什么劣势吗？

王向阳：着实固态电池的种种优势，现在都照样我们美妙的愿望。我之前一位德国同事讲过一个看法，他说若是固态电池能在2026年商业化，而汽车行业必须有4-5年的合规验证时间，那么倒推到今天，各大科研院所应该都在测试自己的固态电池。但在今天，险些所有科研院所都还没有像样的固态电池，更没有车规级的测试数据。

以是我们现在的许多想法，包罗以为更平安，着实都还没有履历过大规模的测试。我们现在只是展望，固态电解质由于不会燃烧就会更平安。但电池平安有许多方面，好比我的课题组在3月就揭晓了一篇文章，其中就提到固态电池的短路问题。

若是固态电池可以实现快充，一旦短路，释放的能量是伟大的。由于固态电池能量密度很高，我们估算了一下，它可能会让温度升到1500度。在1500度时，没什么质料还能是平安的。首先你的正极会放氧，好比三元质料在200-230度就会释放大量氧气，另外固态电池负极用的都是锂金属，而锂金属在180度就融化了，这都还远远没到1500度。

以是我们说固态电池更平安、能量密度更高等等，都是基于美妙的展望。我以为许多展望，照样要等样品做出来，现在去谈优势还为时过早。

经纬：听您这么说，着实固态电池的不确定性还挺大的，现在着实照样很早期的事情。

王向阳：简直还异常早期。历史上发生过许多过于乐观的展望，好比氢燃料电池。早在90年月初，加拿大的一家公司就声称氢燃料电池可以用在汽车上，而且五年之后就会大规模商业化。那是90年月，那时也拿到许多融资，声量异常大。

但到了1995年的时刻，完全没有实现商业化，那时说还要五年。又到了2000年，也照样不行，2000年后履历了一个又一个5年，都没有实现大规模商业化。对于许多新手艺，我们也不能过于乐观，有可能永远是五年之后。

经纬：我们对固态电池大规模商业化的展望，简直越来越晚，一最先有人说可能2025年，厥后又到2027年，再到2030年，一直在往后延，您怎么展望时间表？

王向阳：对于这种有潜力的新手艺，着实很难去展望它到底什么时刻能成熟，但有一点可以确定的是，它一定要能通过实验期，在几千辆甚至上万辆车上能够跑通。从渗透率的角度来说，一定要跨越0.1%，这已经是很小的比例，但现在都没有实现这样的目的。我以为全固态电池应该还需要十年时间，真正的商业化至少在2030年之后。

现在去讨论全固态电池什么时刻能规模化，还为时过早，我们是在守候科学上的突破，也许明天发生，也许十年以后发生。企业的生长不应该依赖于守候，而是要行使对照成熟的手艺先生长。

经纬：最近，尚有许多人在讨论钠离子电池，您以为钠离子电池现在生长若何？未来它更适合什么样的场景，可能会占有哪些领域的市场？

王向阳：我对钠离子电池的简朴归纳综合就是，它是锂离子电池的一个备胎。它现实上是跟铁锂电池在竞争，相比铁锂电池来说，钠离子电池最主要的优势是钠资源异常厚实，虽然锂资源也不算太少，但它的生产和供应还不足。

钠离子电池最大的劣势，就是除了钠资源厚实之外，其他的地方都输于铁锂电池，能量密度不算太高、由于缺乏供应链生产成本也纷歧定很低。

虽然云云，我依然以为高校和政府研究机构，应该坚持对钠离子电池的研发，由于这是一个主要的备胎，也许有一天会用上。从多元化角度是好的，不只是钠电池，尚有钾电池、铝电池都值得研发。固然对企业来说，投资一个备胎是异常昂贵的事情，由于你不知道它哪一天能用上。

经纬：您之前对航行电池（eVTOL）也做过许多研究，包罗热调控手艺等等。用在eVTOL上的这类电池，可能和电动车上的动力电池有什么纷歧样？

王向阳：我以为海内的电池制造商去拓展eVTOL（电动垂直起降航行器）电池走出口蹊径是很不错的。现在美国、欧洲尚有韩国，在eVTOL方面都投资很大，像韩国想以现代团体为主，大量投资eVTOL，希望能够把它商业化。eVTOL未来在许多多数市都很有市场，它可以取代一部门地面通勤，大大削减岑岭期的拥堵。

对于航行电池，它着实和电动车上的动力电池异常像，好比说也要求很高的能量密度，以及功率密度，由于在垂直腾飞和下降的时刻，需要异常大的功率。以是航行电池会是三元质料的，由于磷酸铁锂太重了，能量密度也不太够。用钴也完全可以，由于eVTOL的量不会像电动车那么大。

除此之外它还需要有快充的能力，这可能是eVTOL电池和电动车电池最大的区别。eVTOL应该是不带过多的电池，但一下降马上要充电桩充电。由于第一，若是在空中带着过多的电池飞好几趟，这很愚蠢，能量效率很低。

第二，带过多冗余电量也是不平安的，这就像现在的商用飞机，在下降的时刻需要仅剩不多的燃料，来保证平安。同样航行电池也是，eVTOL的电池在下降之前，可能只剩下20%、25%的电量，否则下降很危险。

以是快充能力至关主要，它最好就是在有充电桩的环境下下降，然后在10分钟之内充好电，这样才气保证eVTOL的运行效率。

电动垂直起降方式对电池特定功率和能量的要求（泉源：Deeptech；王向阳院士）

经纬：最后一个问题我们回到电动车产业链。您以为在供应链端，未来有可能会发生哪些转变？由于动力电池对于电动车企来说很主要，就像是以前的发念头之于燃油车，但发念头往往是主机厂自己做的。

王向阳：我以为未来会有转变发生。动力电池对于主机厂来说简直是心脏般的主要职位，就像发念头是燃油车的心脏一样。在已往的汽车产业，没有一个主流的主机厂，是把自己的发念头外包或者采购来的，都是自己研发自己制造。

新能源车暂时是破例，但未来我以为会有许多整合发生，一方面是主机厂会垂直整合，自己最先研发和制造电池，而不是依赖于外供，这是一个趋势。

另外一方面，是电池包的集成化，好比C2P、C2B、C2C，现实上这个趋势现在已经异常显著。但这种集成，是需要电池供应商和主机厂慎密配合，由于我要把电池包装到你的车体里，一个电池制造商单独干不了这个事，它需要领会这个车体是怎么样的，重量是怎么漫衍的，需要各方面的模拟测试。

以是未来的一种可能是，主机厂会逐步确立自己的电池厂，另一方面也有可能是一些大的电池制造商，会逐步收购一些主机厂，最先涉足电动车制造。