2020年9月27-30日，第二屆世界新能源汽車大會在海南省海口召開，本次大會以「共克時艱、跨界協同、合作共贏」為主題，為進一步加強國際交流與合作，加速突破新能源汽車市場化障礙，加快推進「電動化、智能化、共享化」融合發展，由中國科協、海南省人民政府、科學技術部、工業和信息化部、國家市場監督管理總局共同舉辦。其中，在9月29日舉辦的「先進動力電池技術創新」主題峰會上，中國科學院物理研究所研究員黃學傑發表精彩演講。
其主要觀點如下：
1.梯度組分設計電極材料和高鎳低鈷/無鈷層狀正極材料是三元正極材料降鈷的新技術。
2.新一代無鈷正極材料中鎳錳酸鋰（LiNi0.5Mn1.5O4）能量密度成本比更有優勢。
3.無鈷正極材料鎳錳酸鋰（LiNi0.5Mn1.5O4）中鋰資源利用效率最高。
以下內容為現場演講實錄：
謝謝吳老師的介紹，我今天的話題是無鈷的正極材料，也是組委會給我的命題作文，無鈷的正極材料話題比較熱，尤其是上周馬斯克開完特斯拉股東大會之後，有一個媒體發布，特斯拉把這個事炒了大半年了，主要是講怎麼把電池的成本降下來，要把電池的成本降一半，現在單體電池的成本，鋰離子每個瓦時也就是四五毛的樣子，降一半還是比較狠的，但是如果這個目標實現的話，基本上電動汽車經濟上就OK了。他有幾招，怎麼把尺寸變化、材料變化，後面重點是做正極材料裡完全無鈷，所以，大家都關心這個問題。
正極材料裡最早是從鈷酸鋰開始的，但是，鈷酸鋰不能拿來做電動汽車，做了之後買不起，世界上也沒有那麼多鈷拿來做汽車。無鈷早就有了，日產的第一代電動汽車就是錳酸鋰，就是無鈷的，但是，錳酸鋰的裡程不夠長，今天主要是用在二輪車。後面還有鎳錳酸鋰也是無鈷的。
正式講之前，我先說一下我工作的兩個地方，第一個是中國科學院物理研究所固態離子學研究組，我在那裡工作30多年，從組員到組長，主要是從技術研究做到應用研究，往產業轉移技術，支持產業的發展。做無鈷也做得比較早，97年我發的文章，活是96年幹的，那個時候是把無鈷的鎳酸鋰搞清楚。待會我講25年之後，無鈷鎳酸鋰有新的變化。這兩年我花比較多的時間工作的一個地方是廣東松山湖材料實驗室，這個實驗室2018年開始設立，有2年多的時間主要是做純技術的研究到應用研究，以及到產業技術化的推廣，做全鏈條的研究工作。
我們的房子正在蓋，大概明年可以封頂，明年上半年可以搬進去。我們在那裡做的是什麼呢？在那裡不僅做技術的研發，比物理所多了一塊，如果實驗做得比較好，過去我們就找企業投資，老闆投資了以後，很多年都成不了產品，最後是成了但是代價也很大。現在做出材料以後，在實驗室另外一部分就可以建實驗車間，把它測成以後再給企業的老闆，企業老闆接過去就比較好一些。
接下來我講幾代無鈷的材料，第一代無鈷材料是錳酸鋰，錳酸鋰日常做50萬輛以上的汽車，也沒有燒過一輛，證明安全係數沒有問題。為什麼我們當時要做它呢，因為我們覺得這個材料安全，這個材料也便宜，那個時候沒有考慮能量密度不夠怎麼辦？那個時候也沒有人給補貼，是2000年前後的事，所以就做了最便宜的，今天發現這個材料可以做電動自行車，2003年的時候，我就把它搬到蘇州建生產廠。沒有補貼就做自行車電池，那個時候發現做自行車電池可以做得很便宜。
我經常嚇唬做氫酸電池的老闆，我說小心點，鋰離子電池會越做越便宜，總有一天會比錳酸鋰還要便宜。今天我很高興，錳酸鋰的電池做得比氫酸便宜，對二輪車的替代也開始了。我們當時做二輪車的電池是為了生存，心裡老惦記著汽車電池，在萬鋼主席的支持下，我們一起做了混合電力，這就是在同濟做的混合動力的車輛，上面配的是高鈷電池的鋰電電池包。因為拿鋰電兩個做混合也是一個中國方案，現在在全球得到了很好的認可。08年這個電池包也做得比較漂亮，奧運會上有幾十臺車子在跑，後來往汽車方面走，因為混合動力汽車補貼不多，大家轉到純電動汽車，所以，無鈷的正極材料主要是在電動自行車上，今天趕上了好時候。剛開始在國內賣不出去的時候主要是在歐洲賣，歐洲的郵政系統，像德國郵政、法國德國、比利時郵政、西班牙郵政都佔有壟斷的地位，今天看是這個樣子，那個時候感謝市場，所以，我比較相信市場經濟。
第二代的動力電池的材料——碳酸鐵鋰，碳酸鐵鋰是完全無鈷的材料，感謝兩位老先生，一個提出用在碳酸鐵鋰，一個是解決了碳酸鐵鋰工業性的問題，開始用在很多車輛上。這件事情我們也比較早地推動這件事，做材料的故事不講了。2000年的時候，我們提出該做碳酸鐵鋰了，當時吳老師是裁判員，他是碳酸鐵鋰專家組的責任專家，給了我當時一筆很大的資金，有一個重點課題，叫做碳酸鐵鋰新型正極材料的研究，2001年給了500萬，這是很大的一筆錢。那個時候做這個材料，但是光做材料不行，我們得拿電池說話，到了05、06年的時候電池出來了，開始在全世界推銷，正好在法國抽了26家的電池測試，到了2010年他們跟我講這個電池不錯，使用下來有6千多次的壽命，我說這樣吧，我們裝一批車，能夠坐三四個人的，這個車裝了2千多輛，他們告訴我一部分已經跑過十年了，最短的也跑了7年多了，還沒有一臺車子換電池，證明電池是可靠的。今天人們把碳酸鐵鋰拿去做公交車更大的車子，聽說做了一萬多次的壽命了，十幾年了，壽命提高一倍也是正常現象。
剛才肖成偉研究員也介紹了，現在主要是三元，去年賣的動力電池32%是碳酸鐵鋰，65%是三元。與碳酸鐵鋰同時代的三元正極材料離不開鈷，為什麼？因為這是一個層狀的結構，鋰和鎳之間互相佔位，鈷進去以減少鎳和鋰的互佔位。人們在不斷的努力降低鈷的含量，原來鎳鈷錳的含量一樣，是三分三，接著把它往上提，提到523，鈷變成20%，接著是811，整到80%的鎳，10%的鈷，鈷越來越少的時候，材料技術進步才能做到這點，當然能量也會相應的上升，也會帶來其他的問題，就是說安全的係數要求會高一些。今天人們想繼續降鈷的含量，三元材料降鈷有新技術，今天很多人講無鈷，更多的是把三元材料的鈷越降越少，從811的10%降到5%，接著往下壓到3%，接下來比較少，大家認為就是無鈷了。這裡有兩條技術路線，一條是把它做成梯度的材料，所謂的梯度的材料，把一部分的材料，以錳為主，產生了混合線，外層是以鎳和鈷為主，這樣降低了鈷的含量。今天我們都在做梯度的材料，把鈷的含量降到3%甚至更少。這點今天也能夠做到，實驗室裡做到了。
幾十年來我們在琢磨的一個事就是把鎳酸鋰做層，專門作層狀的鎳的前軀體，接著把各種元素放進去，就是不用鈷穩定結構。這塊是持續地做，我的理解，大家說層狀的無鈷是逐步的減少鈷的含量，直至5%、3%甚至到1%。如果我們採用的是鎂、鈦、或者是其他的材料，我們就把鈷剔除出來了。
今天還要介紹一個材料，專家委員會把它選為前沿技術的一項，這是一種高電壓不含鈷的材料，提高電池的能量有兩種方式，一種方式是提升容量，一種方式是提升電壓，我更喜歡提升它的電壓，為什麼？我講一個例子，就是鎳錳酸鋰不含鈷，鎳也不多，鎳佔1/4，錳佔3/4，但是，這個材料和今天石墨的負極配對，做成的電池電壓是4.5伏，碳酸鐵鋰是3.2伏，大概高40.6%，這個材料的顆粒容量150不到一點，碳酸鐵鋰160，高一些，但是，因為密度大，電池長寬高一樣做出來的容量是一樣的，但是電壓高了40多一點，可想而知能量就散去了，能量多了40%。負極的量也沒有變，製造的費用也沒有變，成本有可能降30%。所以，材料是能夠做出貢獻的。
這個材料在鋰資源的利用效率也是最高的，因為我們要儘可能的利用鋰資源，每一公斤的碳酸鋰能夠儲存多少容量，如果做成碳酸鐵鋰電池差不多12個千瓦時，能夠儲存12度電，如果做成錳酸鋰電池儲存11個千瓦時，但是，如果能夠做到鎳錳酸鋰電池可以做到16個千瓦時，對鋰資源的利用率也是最高的，所以，把它做出來之後，咱們要為行業提供鋰資源利用率更有效，成本更優的方案。做了很多年，能夠控制材料的形貌，更重要的是，這種材料不穩定，一般的情況下有兩個原因，一是層狀材料內部的結構容易發生不穩定，這個材料是尖晶石，這是最穩定的結構了，所以內部沒有問題，問題就出在表面上，我們有一些辦法改進材料的表面，因為內部是很穩定的，不像別的正極材料，內部不穩定，外部也不穩定，內外都要弄，這個材料有一個好處，解決了內部問題，內部的問題很穩定我們抓住外部就好了。抓下來以後，今天是什麼結果呢？今天我們拿它跟NCA比，比下來是什麼結果呢？循環100周以後是99.24%，接下來兩個差不多，但是到了55度的時候，這個材料循環100周以後，容量保持率達98.65%，所以，優於三元材料。
大家說如果純電池是什麼情況呢？它跟石墨配對，兩千次以上的壽命，這個階段的時候，已經超過811了，我相信隨著循環會更好，高壓也很好，證明把材料做穩定也是可以的，這招用到手機裡很快就可以幹到4.5倍以上了。但是，這不是一天幹出來的，感謝各個部門，給了我15年的時間，把主力部隊放在這個材料上做，靠著這個基礎把它做下來。這本身來講，也是我們在過去各方對我們的理解，你做這個事相信可以把它做下去，所以，今天的無鈷材料有了應用的機會。
時間也差不多了，非常高興這次大會能夠把這個材料評為前沿創新的一條，這個材料做成電池很快就會跟大家見面了，我剛才講的在實驗室已經有了日常300公斤的產能，無論是軟包電池還是其他的，安全性還是不錯的。
以上是我要匯報的內容。
最近做一個事，就是高容量的負極，今天不講負極了，負極我們做了25年，這個更久一點，跟它一起推向電池的應用。下個月我估計會發布路線圖，對鎳錳酸鋰材料有一個更細緻的描述，感謝100多個集體單位過去這麼多年的工作，感謝中國汽車工業協會有效的組織，謝謝大家！
（註：本文根據現場速記整理，未經演講嘉賓審閱）