[电池完全征服](23)“K-电池若无桥梁技术就会跌入谷底”Lee Sangyoung 延世大学二次电池中心主任
“K-电池若无桥梁技术就会跌入谷底”Lee Sangyoung 延世大学二次电池中心主任](http://www.asiae.co.kr/news/img_view.htm?img=2024020811085259689_1707358132.png)
“如果老是只盯着下一代电池技术，有可能会在中间的山谷里摔死。”
本月2日在延世大学见到的化工生命工学系教授、二次电池研究中心主任 Lee Sangyoung 称，虽然下一代电池研究很重要，但韩国电池学界和企业不能只一味沉迷其中。
被称为“梦想电池”的全固态、锂硫电池，字面意义上就是梦想中的电池。Lee 教授强调，这些技术不可能在二次电池市场上成为“妖怪棒”（万能法宝）。如果只寄希望于不知道何时才能实现量产的下一代电池，而忽视那些发挥中间桥梁作用的技术，就可能在激烈展开的全球竞争中被淘汰。Lee 教授将厚膜技术、干法涂布、硅负极材料等列为典型的“桥接（bridge·架桥）技术”。
Lee 教授还建议，韩国电池企业不应与中国进行数量之争。中国在产能规模上已经达到韩国的数十倍。应当通过能留下更多利润空间的高端产品来参与竞争，而不是拼数量。他表示，韩国电池企业应当以其领先的技术实力为基础，树立类似奔驰或 BMW 那样的高端品牌形象。
Lee 教授同时强调，为了对抗中国的“电池人海战术”，需要利用人工智能（AI）来辅助开发，加快研究速度，并需要政府更加积极、大胆的投资。
Lee Sangyoung 教授在首尔大学取得工业化学学士学位，在韩国科学技术院取得化学工学硕士和博士学位，1997年进入 LG化学工作。至2008年，他在 LG化学担任责任研究员，为韩国早期二次电池技术的发展做出了贡献。在 LG化学电池研究所任职期间，他主导开发了在隔膜上涂覆陶瓷以增强安全性的 “SRS（Safety Reinforced Separator，安全增强隔膜）”。这一技术目前已应用于大多数电动汽车电池中。
此后，Lee 教授先后在蔚山科学技术院能源化学工学系任教，目前就职于延世大学化工生命工学系。与此同时，他还在延世大学兼任二次电池定约学科主任教授，并作为二次电池研究中心主任，与 LG能源解决方案、SK On、浦项制铁等韩国主要电池企业积极开展产学合作研究。
记者就二次电池相关的各种议题采访了 Lee Sangyoung 教授。以下是与他的采访内容整理。
“通过厚膜电极技术可以突破能量密度极限”
-如何评价磷酸铁锂（LFP）电池？
▲韩国企业此前一直对 LFP 兴趣不大。当高镍（high-nickel）电池一次充电可以行驶300~400公里时，LFP 只能跑到200公里。为了保证续航里程，韩国企业把重心放在高镍三元（NCM）电池上是理所当然的。LFP 突然受到关注，主要有两个原因。首先，在欧洲汽车企业的热失控蔓延（TP·Thermal Propagation）评估中，高镍电池未能通过测试，于是 LFP 作为替代方案受到关注。第二个原因是特斯拉点燃了低价竞争。目前正处于“鸿沟（Chasm）”时期，技术力不如普及性更为重要。LFP 之所以受到关注，与其说是技术出众，不如说是时机契合。从产业角度看，正好进入了这样的周期。我认为，韩国学界和企业也在这一领域努力深耕，LFP 上的成果不久也会显现。
-据说 LFP 在技术上也有了很大改善。
▲仅靠 LFP 本身存在根本性限制。无论如何提升性能，也只能达到高镍的60~70%左右。如果只看活性物质就是如此。但若在 LFP 中引入一种技术，情况就不一样了。到目前为止我们只谈材料，但通过极板技术也有办法提升能量密度。
<术语说明>NCM·LFP 电池=根据锂离子电池正极活性物质的种类进行区分的用语。NCM 使用镍、钴、锰，磷酸铁锂主要使用磷酸和铁。NCM 由三种成分构成，因此也被称为三元电池。NCM 电池又根据配比不同分为523、622、811、“9半半”等。从镍含量80%以上的 NCM811 起，称为高镍（high nickel）NCM。NCM 53、NCM 522 则被归类为中镍。
-所谓极板技术指的是什么？
▲提升能量密度有两种方法。第一是更换活性物质，比如 NCM 或 LFP。第二是把活性物质堆得更厚，这就是所谓的厚膜电极。迄今为止，由于技术限制，厚膜技术难以导入。
-能不能通俗地解释一下厚膜电极？
▲简单说，如果在现有电池中正极、负极和隔膜各叠10层，那么厚膜技术就是把它减到5层，同时把活性物质堆得更厚。在保持整体体积不变的前提下，只增加极板厚度中的活性物质量，从而提升能量容量。无论是 LFP 还是 NCM 都一样。过去只要改变正极活性物质配方就能较容易地提升能量容量。如今正极技术已经发展到“9半半”（镍、钴、锰分别按9、1/2、1/2比例混合）的程度，已难以再继续提升。LFP 也面临着必须提高能量密度的课题。如果导入厚膜技术，LFP 的容量也可提升至 NCM523、NCM622 水平。
-厚膜电极技术大约何时能够实现商业化？
▲需要的是极板技术，而不是粉体（加入活性物质中的粉末状材料）。这是粘结剂（帮助活性物质和导电剂牢固附着在集流体上的粘接材料）与导电剂（为提高活性物质的电子电导率而补充的材料）之间的较量。自1991年索尼首次将锂离子电池商业化以来，粘结剂从未更换过。目前正在进行用其他材料替代传统 PVDF（聚偏二氟乙烯，Poly vinylidene fluoride）粘结剂的研究。包括我们在内的多家机构正在开发相关技术。预计真正到企业能够量产还需要3~5年左右时间。
-全固态等下一代电池的前景如何？
▲我们也在研究下一代电池，但要实现量产并非易事。然而人们总爱寻找“妖怪棒”式的解决方案。为什么会把全固态电池称为“梦想电池”？正是因为它确实像梦想一样。开发电池的人不能只追逐梦想，必须保持平衡。如果缺乏桥接技术而一味死盯下一代电池，就会在中途掉进山谷丧命。
延世大学与LG能源解决方案于2022年9月签署“汽车电池技术开发产学合作”业务协议。左起为延世大学工学院院长 Myung Jaemin、LG能源解决方案汽车电池事业部副社长 Kim Dongmyeong（现任LG能源解决方案代表理事社长）。图片由延世大学提供。
View original image-锂离子电池有哪些桥接技术？
▲除了厚膜技术，还有干法涂布电极、硅负极材料等。所谓干法电极，是指不经过将活性物质与溶剂混合制成浆料的工序，而是直接涂覆在集流体上的技术。由于省略了干燥环节，可大幅节省时间和成本，同时因为不使用溶剂而更为环保。特斯拉计划在4680圆柱电池上应用干法涂布。干法电极也是实现厚膜的基础技术。
-将硅与锂金属作为负极材料进行对比的话？
▲曾经备受关注的下一代负极材料是锂金属。但现在人们也开始意识到，锂金属同样不是“妖怪棒”。在实验室里，锂金属负极材料能取得许多良好结果，但若要在企业实现量产，恐怕还需要相当长的时间。我认为，对锂金属应当采取保守的态度。相较之下，硅作为负极材料的可能性更大。
-硅也存在膨胀（swelling）问题。
▲虽说困难重重，但比起锂金属，更有利于商业化。虽然各企业情况不同，但据我所知，硅的含量比例已经在大幅提高。由于硅负极材料可以显著提升能量密度，因此能够开拓新的应用领域。例如无人机。无人机需要一次飞行时间更长，反而对充放电次数的要求不那么高。在这一类领域，可以率先实现硅负极材料的商业化，然后逐步强化安全性，扩大应用范围。不可能一下子满足所有需求。
“下一代电池并不是妖怪棒”
-全固态与锂硫，哪一种会先实现商业化？
▲很难断言，这取决于企业的选择。是否推出产品，将更多取决于商业判断，而非技术进步本身。从技术上看，锂硫电池略微领先。但我认为企业更有可能先推出全固态电池，只不过未必是严格意义上的真正全固态电池。未来5年内推出的全固态电池，很可能仍会含有少量液态电解液。
Lee Sangyoung 教授将全固态电池比喻为杯子和弹珠。传统锂离子电池就像在杯子里放入弹珠（活性物质）后再倒入水（电解液）；而全固态电池则是用沙子代替水。倒入水后，弹珠会被均匀浸润，但沙子做不到这一点，因此电化学反应不易发生。另外，注入电解液时，即便在充放电过程中弹珠变大或变小，依然能保持与电解液接触；但若填充的是沙子，则会产生裂缝。正因如此，即便实现量产，全固态电池的良品率也会大幅下降。Lee 教授认为，为了提高量产性，在相当长一段时间内，全固态电池中仍不得不含有少量电解液。
-中国宁德时代发布的半固态电池是怎样的？
▲可以把半固态电池视为一种营销用语。因为难以用技术语言准确描述，所以才这样命名。中国企业将高分子、氧化物系等多种物质混入电解液中。由于难以界定其性质，就给它起名叫“半固态”。据我了解，中国企业发布的半固态电池中也含有液态电解液。
-如何看待钠离子电池的前景？
▲钠（钠离子）电池是我们很早以前也曾研究过、后来中断的方向。但当锂价暴涨时，它又开始受到关注。如今锂价再次暴跌，相关热度又有所降温。如果锂价足够低，用 LFP 也能应对低价市场。归根结底，关键在于锂价。谁也不知道未来锂价会不会再次飙升至高位，因此我认为，继续推进钠离子电池技术开发是必要的。但这并不是足以改变世界的技术。
-感觉下一代电池还是太遥远。
▲并不是说不要开发下一代电池。只靠不断改进锂离子电池，很难诞生真正的创新技术。在研究下一代电池的过程中产生的技术，也可以反向应用到锂离子电池上，由此在锂离子电池中实现“量子飞跃”。希望大家以更长远的眼光看待下一代电池。如果对研究下一代电池的人说“2~3年内不能量产就不行”，那是非常为难他们。
“K-电池应成为像奔驰、BMW 那样的企业”
-感觉中国企业已经大幅追赶上来了。
▲韩国电池电芯企业在早期大力扶持了中国材料企业。因为必须尽快生产出产品，所以与中国材料企业携手合作。但这最终变成了回旋镖，如今反而形成了倒挂的依附关系。由韩国培育起来的中国材料企业，现在也在向中国电池企业供货。两国在研发人力方面也存在巨大差距。我们不仅研发人员不足，还必须遵守每周52小时工作制。而在我们一个人研究的地方，中国可以投入100人。我在中国看到有人周六、周日也在研究，感到非常震惊。
-韩国企业应如何与中国竞争？
▲现在不能再靠数量取胜了。单凭产量不可能战胜中国。我希望韩国电池企业能成为像 BMW 或奔驰那样的公司。要生产在适度规模下也能留下高额利润的高端产品。如果在 LFP 领域也能保证利润，就应该参与这场博弈。即便销量不大，也要在技术上发挥主导作用。
-中国企业不也在大力进行研发吗？
▲正因为如此，从现在开始将上演一场极其复杂的拼图游戏。看英格兰足球超级联赛时可以发现，那里聚集了众多巨星，彼此对对手战术都非常了解，但仍然会有排名第一的球队出现。二次电池市场的“英超联赛”也已经开赛。据说，当韩国电池企业管理层在全球汽车企业做演示时，经常会被告知“30分钟前宁德时代刚做过一模一样的汇报”。竞争之激烈可见一斑。只有拿出超越对手的全新东西，才能赢得这场比赛。
由 Yonsei University 教授 Lee Sangyoung 与学生 Kim Wonyoung、Kim Hongyi 共同开发的“不会爆炸的水系锌电池”入选科学技术信息通信部评选的“2023年国家研发优秀成果100选”。图片由 Yonsei University 提供。
View original image-如果客观评价中国的技术实力？
▲在生产规模方面，中国已经领先我们好几倍。确实，以往在产品质量和安全性上多少让人觉得“差那么2%”，但现在已经追得很近，几乎看不到什么明显破绽。普遍评价是：技术水平与我们相近，但价格更便宜。不过，由于美国《通胀削减法案》（IRA），中国目前略显踌躇。我认为应好好利用这一机会，大幅拉开差距。
-听说在材料开发中也会利用 AI？
▲AI 是非常出色的技术。如果利用 AI 和机器人进行实验，可以大幅缩短材料开发周期。为了与中国竞争，我们也必须使用 AI。如果中国以更多人力、甚至周末加班的方式进行研究，我们就只能通过利用 AI 来应对。
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-对政府有何期待？
▲最近政府扩大了二次电池领域研发（R&D）预算，我对此表示感谢。但与半导体相比，依然远远不够。我参观清华大学时发现，学生最热门的专业第一是 AI，第二就是二次电池，正是因为他们对二次电池给予了全方位支持。产业通商资源部与科学技术信息通信部的研究课题有时会出现重复。如果能设立一个统筹的控制塔来进行协调，就更好了。
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