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固態(tài)電池相比于液態(tài)電池具有較好的安全可靠性，彎曲性，較長的循環(huán)和使用壽命以及較高的能量密度，是未來電動汽車的理想動力來源。近日，科技部發(fā)布了多項“十四五”國家重點研發(fā)計劃重點專項2021年度項目申報指南，其中“新能源汽車”，“高端功能與智能材料”和“儲能與智能電網(wǎng)技術(shù)”三個專項中都提到了有關(guān)固態(tài)電池的內(nèi)容。 新能源汽車 1. 全固態(tài)金屬鋰電池技術(shù)（基礎(chǔ)研究） 研究內(nèi)容：全固態(tài)電池中電極（正極、負極）與固體電解質(zhì)界面穩(wěn)定化與自修復(fù)機制；微結(jié)構(gòu)固態(tài)復(fù)合正極（含活性材料、電解質(zhì)、電子導(dǎo)電介質(zhì)等）中電子、離子的輸運特性；具有導(dǎo)電骨架結(jié)構(gòu)的金屬鋰負極和固態(tài)電池中界面/結(jié)構(gòu)對鋰沉積形態(tài)的影響；超薄高離子電導(dǎo)率固體電解質(zhì)層制備技術(shù)及面離子輸運均勻性、機械強度、與正負極界面兼容性；新型電池結(jié)構(gòu)、干法電極、新型電解質(zhì)層制備方法及封裝方式；電池內(nèi)部溫度/力學/電化學場以及失效破壞等實驗表征技術(shù)及固態(tài)電池綜合評價方法。 考核指標：固態(tài)復(fù)合正極比容量大于400 mAh/g；復(fù)合金屬鋰負極比容量大于1500 mAh/g；固體電解質(zhì)厚度＜15μm，室溫電導(dǎo)率＞1 ms/cm，鋰離子遷移數(shù)＞0.8；全固態(tài)金屬鋰電池：容量＞10 Ah，比能量＞600 Wh/kg，1C充放電條件循環(huán)壽命＞1000次。 2. 高安全、全氣候動力電池系統(tǒng)技術(shù)（共性關(guān)鍵技術(shù)） 研究內(nèi)容：研究動力電池低溫環(huán)境充放電性能衰減的電化學機理，研究加熱方式、加熱策略對電池安全、電池壽命的影響機制，研發(fā)動力電池系統(tǒng)無損極速加熱新結(jié)構(gòu)、新方法及其加熱安全控制技術(shù)；研究全氣候環(huán)境條件下動力電池系統(tǒng)安全充放電方法和控制管理技術(shù)，極端低溫和高溫條件下的耐候性，研發(fā)全氣候電池系統(tǒng)技術(shù)；研究動力電池可靠性與車載振動、環(huán)境溫度、動態(tài)載荷等交變應(yīng)力的耦合關(guān)系及其疲勞損傷規(guī)律，高擠壓強度下的安全性防護方法，電池系統(tǒng)故障診斷、安全評估與預(yù)警方法；研究動力電池系統(tǒng)熱失控爆炸當量估計方法、熱失控擴展路徑及特性、熱失控延緩和阻斷控制機制；研發(fā)基于以上關(guān)鍵技術(shù)的高安全、全氣候的新結(jié)構(gòu)動力電池及動力電池系統(tǒng)。 考核指標：動力電池系統(tǒng)從﹣30℃-0℃升溫時間≤3min，且能耗占比≤5%；動力電系統(tǒng)內(nèi)溫度差異≤5℃（﹣30℃~0℃）；動力電池無損加熱循環(huán)使用壽命≥300 次（環(huán)境溫度﹣30℃）；電池系統(tǒng)成組效率≥80%；動力電池系統(tǒng)中異常電池識別率≥95%，電池內(nèi)短路故障診斷準確率≥90%。形成電池系統(tǒng)安全風險預(yù)測預(yù)警模型≥3個，建立安全風險評估體系和技術(shù)規(guī)范；電池系統(tǒng)發(fā)生熱擴散90min內(nèi)不起火不爆炸（電池熱失控信號發(fā)出后）；電池系統(tǒng) 200kN 擠壓不起火不爆炸；全氣候、高安全動力電池系統(tǒng)裝車≥1000輛（乘用車）或商用車≥100輛。 高端功能與智能材料 高能量密度金屬鋰基二次電池及其關(guān)鍵材料（基礎(chǔ)研究） 研究內(nèi)容：針對新能源汽車、智能電網(wǎng)對高能量密度、本質(zhì)安全二次電池技術(shù)的廣泛需求，研究金屬鋰基二次電池的基礎(chǔ)科學問題、關(guān)鍵材料和技術(shù)。設(shè)計和制備實用新型金屬鋰基復(fù)合負極材料以及與之相適配的環(huán)境友好型、低成本高性能固態(tài)電解質(zhì)和高容量正極材料；開展微結(jié)構(gòu)設(shè)計與調(diào)控、界面適配性與改性研究，提升電池電化學性能和穩(wěn)定性；構(gòu)筑高能量密度、高安全的金屬鋰基二次電池。 考核指標：提出金屬鋰基二次電池電化學性能調(diào)控新機制和新理論；開發(fā)金屬鋰基復(fù)合負極，比容量≥2000mAh/g；固態(tài)電解質(zhì)膜面電阻≤10 Ω cm2，厚度≤20μm，電化學窗口≥4.8V；正極材料比容量≥200mAh/g，可逆循環(huán)2500次后容量保持率≥80%；單體電池能量密度≥350Wh/kg，循環(huán)壽命≥2000次。 儲能與智能電網(wǎng)技術(shù) 1. 吉瓦時級鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術(shù)（共性關(guān)鍵技術(shù)類） 研究內(nèi)容：針對高比例可再生能源并網(wǎng)消納及電力供應(yīng)峰谷差加劇問題，研究適用于吉瓦時級應(yīng)用的新型鋰離子電池規(guī)模儲能技術(shù)，具體包括：研究低鋰離子消耗、高能量效率的電化學體系，開發(fā)寬溫區(qū)、超長壽命、高能量轉(zhuǎn)換效率、低成本新型鋰離子儲能電池；高電壓電池系統(tǒng)集成技術(shù)；系統(tǒng)級消防安全及高效液冷熱管理與消防耦合的技術(shù)；吉瓦時級鋰電儲能系統(tǒng)集成技術(shù)及智能管理系統(tǒng)。 考核指標：鋰離子電池循環(huán)壽命≥15000次（0.5倍額定充電功率/0.5倍額定放電功率，25℃，100%放電深度（DOD）），支持兩小時以上儲能，電池系統(tǒng)電壓≥1500伏，系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率≥90%（含運行功耗），額定功率≥1倍充放電額定功率，1分鐘持續(xù)峰值功率≥2倍充放電額定功率，預(yù)期服役壽命≥25年，系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)?！?吉瓦時，等效度電成本≤0.1元/千瓦時。 2. 兆瓦時級本質(zhì)安全固態(tài)鋰離子儲能電池技術(shù)（共性關(guān)鍵技術(shù)類） 研究內(nèi)容：針對包括可再生能源接入等各類中長時間尺度的儲能需求，研究具有高安全長壽命的固態(tài)鋰離子儲能電池技術(shù)，具體包括開發(fā)全壽命周期具有低電阻和高穩(wěn)定性的固態(tài)電解質(zhì)膜與電極材料；本質(zhì)安全、長壽命、低內(nèi)阻的界面與電極結(jié)構(gòu)及儲能型固態(tài)鋰離子電池電芯開發(fā)；適應(yīng)全氣侯域應(yīng)用、具有高成組效率、高可靠性的模組、系統(tǒng)和儲能電站設(shè)計；固態(tài)儲能鋰離子電池的失效分析、在線檢測、狀態(tài)預(yù)測和預(yù)警以及熱失控行為研究。 考核指標：揭示離子在復(fù)合固態(tài)體系中的高速傳輸機制，了解固態(tài)電池的熱失控、結(jié)構(gòu)演化與壽命衰減行為，突破儲能型固態(tài)電池的關(guān)鍵材料、電芯設(shè)計與系統(tǒng)設(shè)計，濫用下系統(tǒng)不發(fā)生熱失控。電池單體循環(huán)壽命≥15000次，單體成本≤0.35元/瓦時；研制10兆瓦時級固態(tài)儲能鋰離子電池系統(tǒng)，系統(tǒng)循環(huán)性≥12000次，環(huán)境適應(yīng)溫度-40℃至60℃，支持2小時以上儲能，同時支持5C倍率放電，響應(yīng)速度≤200毫秒，綜合能量效率≥90%，等效度電成本≤0.2元/千瓦時。 3. 金屬硫基儲能電池（基礎(chǔ)研究類） 研究內(nèi)容：針對中短時長大規(guī)模儲能發(fā)展對于降低成本、減少資源依賴的需求，研究基于鋰/鈉等金屬負極和含硫正極的本質(zhì)安全、低成本和長壽命金屬硫基儲能電池。具體包括：高比容量、高面容量金屬或合金負極、含硫正極、本質(zhì)安全電解液或固態(tài)電解質(zhì)、多功能隔膜與粘結(jié)劑等關(guān)鍵材料的設(shè)計與低成本規(guī)?；苽浼夹g(shù)；力、電、熱耦合條件下金屬硫基儲能電池界面反應(yīng)熱力學、動力學、穩(wěn)定性行為研究；電池電芯、模組、系統(tǒng)的模擬仿真、原位與非原位表征以及失效機制分析；長壽命電池的電芯、模組、系統(tǒng)的設(shè)計、研制、智能管理控制、環(huán)境適應(yīng)性和安全性的評測和改進技術(shù)。 考核指標：金屬硫基儲能電池單體在充放電倍率≥0.5C和放電深度80%DOD條件下循環(huán)壽命≥15000次；研制出100千瓦時級金屬硫基儲能電池系統(tǒng)，系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率≥80%，循環(huán)壽命≥12000次，-20℃工作環(huán)境下放電容量保持率≥80%，月自放電≤1.0%，系統(tǒng)成本≤0.6元/瓦時，安全性達到儲能國標要求。 相關(guān)活動 2月5日，材料人舉辦了固態(tài)電池主題沙龍活動，活動邀請了三位來自高校的青年教師一起探討固態(tài)電池的研究現(xiàn)狀和展望。通過材料人網(wǎng)或材料人APP可觀看回看。通過網(wǎng)站請點擊原文鏈接或掃描以下二維碼。通過APP請在APP內(nèi)搜索“新能源”。
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