“十四五”計劃重點提及，固態電池未來可期嗎？

固態電池相比于液態電池具有較好的安全可靠性，彎曲性，較長的循環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，科技部發布了多項“十四五”國家重點研發計劃重點專項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“儲能與智能電網技術”三個專項中都提到了有關固態電池的內容。

新能源汽車

1. 全固態金屬鋰電池技術（基礎研究）

研究內容：全固態電池中電極（正極、負極）與固體電解質界面穩定化與自修復機制；微結構固態復合正極（含活性材料、電解質、電子導電介質等）中電子、離子的輸運特性；具有導電骨架結構的金屬鋰負極和固態電池中界面/結構對鋰沉積形態的影響；超薄高離子電導率固體電解質層制備技術及面離子輸運均勻性、機械強度、與正負極界面兼容性；新型電池結構、干法電極、新型電解質層制備方法及封裝方式；電池內部溫度/力學/電化學場以及失效破壞等實驗表征技術及固態電池綜合評價方法。

考核指標：固態復合正極比容量大于400 mAh/g；復合金屬鋰負極比容量大于1500 mAh/g；固體電解質厚度＜15μm，室溫電導率＞1 ms/cm，鋰離子遷移數＞0.8；全固態金屬鋰電池：容量＞10 Ah，比能量＞600 Wh/kg，1C充放電條件循環壽命＞1000次。

2. 高安全、全氣候動力電池系統技術（共性關鍵技術）

研究內容：研究動力電池低溫環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，研發動力電池系統無損極速加熱新結構、新方法及其加熱安全控制技術；研究全氣候環境條件下動力電池系統安全充放電方法和控制管理技術，極端低溫和高溫條件下的耐候性，研發全氣候電池系統技術；研究動力電池可靠性與車載振動、環境溫度、動態載荷等交變應力的耦合關系及其疲勞損傷規律，高擠壓強度下的安全性防護方法，電池系統故障診斷、安全評估與預警方法；研究動力電池系統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；研發基于以上關鍵技術的高安全、全氣候的新結構動力電池及動力電池系統。

考核指標：動力電池系統從﹣30℃-0℃升溫時間≤3min，且能耗占比≤5%；動力電系統內溫度差異≤5℃（﹣30℃~0℃）；動力電池無損加熱循環使用壽命≥300 次（環境溫度﹣30℃）；電池系統成組效率≥80%；動力電池系統中異常電池識別率≥95%，電池內短路故障診斷準確率≥90%。形成電池系統安全風險預測預警模型≥3個，建立安全風險評估體系和技術規范；電池系統發生熱擴散90min內不起火不爆炸（電池熱失控信號發出后）；電池系統 200kN 擠壓不起火不爆炸；全氣候、高安全動力電池系統裝車≥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鍵材料（基礎研究）

研究內容：針對新能源汽車、智能電網對高能量密度、本質安全二次電池技術的廣泛需求，研究金屬鋰基二次電池的基礎科學問題、關鍵材料和技術。設計和制備實用新型金屬鋰基復合負極材料以及與之相適配的環境友好型、低成本高性能固態電解質和高容量正極材料；開展微結構設計與調控、界面適配性與改性研究，提升電池電化學性能和穩定性；構筑高能量密度、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控新機制和新理論；開發金屬鋰基復合負極，比容量≥2000mAh/g；固態電解質膜面電阻≤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2500次后容量保持率≥80%；單體電池能量密度≥350Wh/kg，循環壽命≥2000次。

儲能與智能電網技術

1. 吉瓦時級鋰離子電池儲能系統技術（共性關鍵技術類）

研究內容：針對高比例可再生能源并網消納及電力供應峰谷差加劇問題，研究適用于吉瓦時級應用的新型鋰離子電池規模儲能技術，具體包括：研究低鋰離子消耗、高能量效率的電化學體系，開發寬溫區、超長壽命、高能量轉換效率、低成本新型鋰離子儲能電池；高電壓電池系統集成技術；系統級消防安全及高效液冷熱管理與消防耦合的技術；吉瓦時級鋰電儲能系統集成技術及智能管理系統。

考核指標：鋰離子電池循環壽命≥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，電池系統電壓≥1500伏，系統能量轉換效率≥90%（含運行功耗），額定功率≥1倍充放電額定功率，1分鐘持續峰值功率≥2倍充放電額定功率，預期服役壽命≥25年，系統應用規模≥1吉瓦時，等效度電成本≤0.1元/千瓦時。

2. 兆瓦時級本質安全固態鋰離子儲能電池技術（共性關鍵技術類）

研究內容：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鋰離子儲能電池技術，具體包括開發全壽命周期具有低電阻和高穩定性的固態電解質膜與電極材料；本質安全、長壽命、低內阻的界面與電極結構及儲能型固態鋰離子電池電芯開發；適應全氣侯域應用、具有高成組效率、高可靠性的模組、系統和儲能電站設計；固態儲能鋰離子電池的失效分析、在線檢測、狀態預測和預警以及熱失控行為研究。

考核指標：揭示離子在復合固態體系中的高速傳輸機制，了解固態電池的熱失控、結構演化與壽命衰減行為，突破儲能型固態電池的關鍵材料、電芯設計與系統設計，濫用下系統不發生熱失控。電池單體循環壽命≥15000次，單體成本≤0.35元/瓦時；研制10兆瓦時級固態儲能鋰離子電池系統，系統循環性≥12000次，環境適應溫度-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（基礎研究類）

研究內容：針對中短時長大規模儲能發展對于降低成本、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、本質安全電解液或固態電解質、多功能隔膜與粘結劑等關鍵材料的設計與低成本規模化制備技術；力、電、熱耦合條件下金屬硫基儲能電池界面反應熱力學、動力學、穩定性行為研究；電池電芯、模組、系統的模擬仿真、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、系統的設計、研制、智能管理控制、環境適應性和安全性的評測和改進技術。

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條件下循環壽命≥15000次；研制出100千瓦時級金屬硫基儲能電池系統，系統能量轉換效率≥80%，循環壽命≥12000次，-20℃工作環境下放電容量保持率≥80%，月自放電≤1.0%，系統成本≤0.6元/瓦時，安全性達到儲能國標要求。

相關活動

2月5日，材料人舉辦了固態電池主題沙龍活動，活動邀請了三位來自高校的青年教師一起探討固態電池的研究現狀和展望。通過材料人網或材料人APP可觀看回看。通過網站請點擊原文鏈接或掃描以下二維碼。通過APP請在APP內搜索“新能源”。