从2021年科技部重点研发计划申报指南看电池发展趋势

科技部高新司2月1日发布了十四五国家重点研发计划”氢能技术”等18个重点专项2021年度项目申报指南征求意见的通知（https://service.most.gov.cn/kjjh_tztg_all/20210201/4186.html）。作为十四五的开局之前，作为国家最重要的纵向项目的国家重点研发计划的指南能很大程度上反应国家高层次专家和相关战略和政策制定部门对未来技术的判断。

与锂离子电池相关的专项一共有三个，分别为“高端功能与智能材料”重点专项、“新能源汽车”重点专项、“储能与智能电网技术”重点专项。

一、指南内容

（1）“高端功能与智能材料”重点专项https://service.most.gov.cn/u/cms/static/202102/011759113pgt.pdf

1.3 高能量密度金属锂基二次电池及其关键材料（基础研究）

研究内容：针对新能源汽车、智能电网对高能量密度、本质安全二次电池技术的广泛需求，研究金属锂基二次电池的基础科学问题、关键材料和技术。设计和制备实用新型金属锂基复合负极材料以及与之相适配的环境友好型、低成本高性能固态电解质和高容量正极材料；开展微结构设计与调控、界面适配性与改性研究，提升电池电化学性能和稳定性；构筑高能量密度、高安全的金属锂基二次电池。

考核指标：提出金属锂基二次电池电化学性能调控新机制和新理论；开发金属锂基复合负极，比容量≥2000mAh/g；固态电解质膜面电阻≤10 Ω cm 2，厚度≤20μm，电化学窗口≥4.8V；正极材料比容量≥200mAh/g，可逆循环 2500 次后容量保持率≥80%；单体电池能量密度≥350Wh/kg，循环寿命≥2000 次。

（2）“新能源汽车”重点专项https://service.most.gov.cn/u/cms/static/202102/01175553ni1o.pdf

1.1 全固态金属锂电池技术（基础研究）

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研究内容：全固态电池中电极（正极、负极）与固体电解质界面稳定化与自修复机制；微结构固态复合正极（含活性材料、电解质、电子导电介质等）中电子、离子的输运特性；具有导电骨架结构的金属锂负极和固态电池中界面/结构对锂沉积形态的影响；超薄高离子电导率固体电解质层制备技术及面离子输运均匀性、机械强度、与正负极界面兼容性；新型电池结构、干法电极、新型电解质层制备方法及封装方式；电池内部温度/力学/电化学场以及失效破坏等实验表征技术及固态电池综合评价方法。

考核指标：固态复合正极比容量大于 400 mAh/g；复合金属锂负极比容量大于 1500 mAh/g；固体电解质厚度＜15μm，室温电导率＞1 ms/cm，锂离子迁移数＞0.8；全固态金属锂电池：容量＞10 Ah，比能量＞600 Wh/kg，1C 充放电条件循环寿命＞1000 次。

1.2 高安全、全气候动力电池系统技术（共性关键技术）

研究内容：研究动力电池低温环境充放电性能衰减的电化学机理，研究加热方式、加热策略对电池安全、电池寿命的影响机制，研发动力电池系统无损极速加热新结构、新方法及其加热安全控制技术；研究全气候环境条件下动力电池系统安全充放电方法和控制管理技术，极端低温和高温条件下的耐候性，研发全气候电池系统技术；研究动力电池可靠性与车载振动、环境温度、动态载荷等交变应力的耦合关系及其疲劳损伤规律，高挤压强度下的安全性防护方法，电池系统故障诊断、安全评估与预警方法；研究动力电池系统热失控爆炸当量估计方法、热失控扩展路径及特性、热失控延缓和阻断控制机制；研发基于以上关键技术的高安全、全气候的新结构动力电池及动力电池系统。

考核指标：动力电池系统从﹣30℃-0℃升温时间≤3min，且能耗占比≤5%；动力电系统内温度差异≤5℃（-30℃~0℃）；动力电池无损加热循环使用寿命≥300次（环境温度-30℃）；电池系统成组效率≥80%；动力电池系统中异常电池识别率≥95%，电池内短路故障诊断准确率≥90%。形成电池系统安全风险预测预警模型≥3 个，建立安全风险评估体系和技术规范；电池系统发生热扩散 90min 内不起火不爆炸（电池热失控信号发出后）；电池系统 200kN 挤压不起火不爆炸；全气候、高安全动力电池系统装车≥1000 辆（乘用车）或商用车≥100 辆。

（3）“储能与智能电网技术”重点专项https://service.most.gov.cn/u/cms/static/202102/01175538e8w9.pdf

1.1 吉瓦时级锂离子电池储能系统技术（共性关键技术类）

研究内容：针对高比例可再生能源并网消纳及电力供应峰谷差加剧问题，研究适用于吉瓦时级应用的新型锂离子电池规模储能技术，具体包括：研究低锂离子消耗、高能量效率的电化学体系，开发宽温区、超长寿命、高能量转换效率、低成本新型锂离子储能电池；高电压电池系统集成技术；系统级消防安全及高效液冷热管理与消防耦合的技术；吉瓦时级锂电储能系统集成技术及智能管理系统。

考核指标：锂离子电池循环寿命≥15000次（0.5倍额定充电功率/0.5倍额定放电功率，25℃，100%放电深度（DOD）），支持两小时以上储能，电池系统电压≥1500伏，系统能量转换效率≥90%（含运行功耗），额定功率≥1倍充放电额定功率，1分钟持续峰值功率≥2倍充放电额定功率，预期服役寿命≥25年，系统应用规模≥1吉瓦时，等效度电成本≤0.1元/千瓦时。

1.2 兆瓦时级本质安全固态锂离子储能电池技术（共性关键技术类）

研究内容：针对包括可再生能源接入等各类中长时间尺度的储能需求，研究具有高安全长寿命的固态锂离子储能电池技术，具体包括开发全寿命周期具有低电阻和高稳定性的固态电解质膜与电极材料；本质安全、长寿命、低内阻的界面与电极结构及储能型固态锂离子电池电芯开发；适应全气侯域应用、具有高成组效率、高可靠性的模组、系统和储能电站设计；固态储能锂离子电池的失效分析、在线检测、状态预测和预警以及热失控行为研究。

考核指标：揭示离子在复合固态体系中的高速传输机制，了解固态电池的热失控、结构演化与寿命衰减行为，突破储能型固态电池的关键材料、电芯设计与系统设计，滥用下系统不发生热失控。电池单体循环寿命≥15000次，单体成本≤0.35元/瓦时；研制10兆瓦时级固态储能锂离子电池系统，系统循环性≥12000次，环境适应温度-40℃至60℃，支持2小时以上储能，同时支持 5C倍率放电，响应速度≤200毫秒，综合能量效率≥90%，等效度电成本≤0.2元/千瓦时。

1.3 金属硫基储能电池（基础研究类）

研究内容：针对中短时长大规模储能发展对于降低成本、减少资源依赖的需求，研究基于锂/钠等金属负极和含硫正极的本质安全、低成本和长寿命金属硫基储能电池。具体包括：高比容量、高面容量金属或合金负极、含硫正极、本质安全电解液或固态电解质、多功能隔膜与粘结剂等关键材料的设计与低成本规模化制备技术；力、电、热耦合条件下金属硫基储能电池界面反应热力学、动力学、稳定性行为研究；电池电芯、模组、系统的模拟仿真、原位与非原位表征以及失效机制分析；长寿命电池的电芯、模组、系统的设计、研制、智能管理控制、环境适应性和安全性的评测和改进技术。

考核指标：金属硫基储能电池单体在充放电倍率≥0.5C和放电深度80%DOD条件下循环寿命≥15000次；研制出100千瓦时级金属硫基储能电池系统，系统能量转换效率≥80%，循环寿命≥12000次，-20℃工作环境下放电容量保持率≥80%，月自放电≤1.0%，系统成本≤0.6元/瓦时，安全性达到储能国标要求。

二、未来趋势判断及小结

看完指南，首先想到了前不久陈立泉老师在电动汽车百人会上说的一句话可以总结未来电池的发展趋势：“固态电池大干快上，引领电动中国”。

1、固态电池：大干快上。政治上固态电池成为未来的必然趋势，而且到来的时间可能比预期的时间更快，包括动力和储能。

2、高能量密度固态电池都是定义为基础研究（据不可靠消息，基础研究是允许失败的（必须打个表情）），一个是350Wh/kg、2000周循环寿命：正极200mAh/g、负极2000mAh/g；另一个是600Wh/kg、1000周循环寿命：正极400mAh/g、负极1500mAh/g。这个比较怪异，难道不是正极200负极1500组合、正极400负极2000的组合吗。600的指标真是高，希望能完成，1000周的寿命已经可以用了。

3、储能电池：15000次的寿命真的不低，如果按现有电池体系全充放而言，难度还是比较大的。金属硫基储能电池是指的什么？钠硫电池？锂硫电池？一直以为磷酸铁锂电池不是挺好的嘛。

4、高安全、全气候动力电池：这个题目很好，安全不必多言，亿纬的刘金成博士之前讲的“安全应是电池的自然属性”，这点我还是比较认同的；全气候，尤其是电池的低温性能应该是终端用户最为关切的，今年的1月8日，工信部辛国斌副部长也曾召开电动汽车低温使用问题研讨会，详细包括项目支持、标准修订等都会关注电池的低温或者说全气候使用问题。