2024中国动力电池发展历程-技术进展与前景展望报告-2024-09-新能源

2021-2040:推动我国新能源全方位革命，探索产学研全新模式与零碳系统解决方案氢燃料电池与电解绿氢系统电池安全实验室清华-丰田燃料电池联合研究中心中美电动汽车国家级联合研究中心郡尔多斯新能源研究院电池安全研究与新型电池开发智能动力与智慧能源系统中国动力电池发展历程、技术进展与前景展望2.1电动汽车应用与安全电池2.2人工智能革命与智能电池2.3材料体系创新与固态电池中国动力电池发展历程2010-2024:动力电池比能量从100Wh/kg提高到300Wh/kg;结构创新三元动力电00电池包能量/km19906-锂离子电池2000-铁锂、三元第一个10年电动汽车应用与安全电池-2010-电池管理系统第二个10年2020-半固态电池2030-全固态电池第三个10年61.发展历程2.1电动汽车应用与安全电池2.2人工智能革命与智能电池2.3材料体系创新与固态电池过程FengX,OuyangM*atal.三相混合射流定容压力三相混合射流电池热失控绝热量热材料热失稳反应物变化电化学热力学差示扫描量热DSC物质结构表征OuyangMetal.Joule,2020:Appl.Energy,2019,Nat.Energy,202反应X:反应X:正负极气体之间的串扰反应反应I:负极与电解液反反应Ⅱ:还原性气体攻击反应V:正极固相反应反应V:正极固相反应反应V:反应正极氧和高安全隔摸设计阻断关健放热反应5C基常规电解液ECFreo火全电解液安全电解液原位腺合00释放并阻止接职反应0RRR累粒物作为电极间介质E20电池热失控颗粒物填充电极间隙，大幅降低所需击穿电压值V总结提出了电池系统热失控的顺序、乱序和同步三种特征模式热流方向热流方向气-固两相流模型：气-固两相流模型：精确预测热失控后系统颗粒物沉积行为vsTime1颗粒物沉积可诱导电弧发生，破坏电池系统原有防护结构SolutionTime0(s)Temperature/℃禹神盾00锂离子电池EnergyStorageMater.,2021,40:329-336.国家标准规定动力电池热蔓延后不起火、不爆炸“烟气”“电气”eTransporation,2022,13:100190;eTransportation,2022,14:100199;AppliedTherm.Eng,2021,199:117521;1.EnenyStorage,2022022年8月29日CATL发布麒其麟电池，将电池系统隔热垫、水冷板、横纵梁三合一组成多功能弹性夹层，简化结构、加强热管理。y2.1电动汽车应用与安全电池2.2人工智能革命与智能电池2.3材料体系创新与固态电池18650大容量化提高45.7%提高30%提高45.7%提高30%酮大容目大电目电池设计技术三代沿革降低成本提高质量降低成本提高质量近/中期第二代第一代2~5信智能化全自动提升效率电池智能设计技术可将电池研发效率提升1~2个数量级，节省研发费用70~80%。输入输出两大核心技术典子优真法高效年代置法建立设计参数与核心性能的精确构效关系为设计过程自动寻找最优最速路径ND,ND,NMR相场频粒多物理场耦合NNSYS相场频粒多物理场耦合NNSYS电化学服务130+家国内外专业客户，完成700+套仿真设计方案FLFCTAoDEAmOA自动智能设计BDAEtecrnooeHmo₀电池尺寸容量配方电池构料算ELECTAODEAs短期性能高速复合叠片过程高速复合叠片设备叠片效率：600PPM电池全生命周期溯源数据库数字化生产工艺仿真数字化生产工艺仿真传统全分容方式*目和相容量结果容量结果容量新型半分容方式可节约45%分容时间、电费、设备、场地。容量10%电池传统分容预测误差果分容柜&赛路云10亿级参数量8附TWh级数据量电池大模型——PERB2.0线线數据集实车数据集实车数据集得图电开发出基于Al模型的电动汽车电池状态估计平台2.0·大模型PERB2.0实现了安全预警和SOH估计；·大模型PERB2.0已在全国30+城市实现应用落地。1GWh+储能80万辆新能源汽车平台领先平台领先开发长寿命智能膜电极：迄今为止，长寿命参比电极的开发是一个极具挑战性的课题。·传统参比电极采用铜丝镀锂方案，循环性能差，并十UU核心问题是基于参比电极的老化机制和合理设计和使用2总工作时间超过了8个月(6000小时),电池容量保持率94%。42v2v0001000循环后剩余容量93.7%30植入膜电极程1.发展历程2.1电动汽车应用与安全电池2.2人工智能革命与智能电池2.3材料体系创新与固态电池质体系(主体电解质+补充电解质),实现在电池层面大于4C的倍率性能和5000的循环寿命。在各种固态电解质中，硫化物电解质技术成熟度最高，复合电解质技术潜力巨大：硫化物具有与液体电解液相当的高离子电导率，是短期内开发方向，并逐步向复合电解质(主导电解质+补充电解质)发展。之和中清自《之和中清自《者为丰田和出光兴产氧化物璃电解于制中谓肆(中气利中员量《长0氧化物有档型构0合物合申解属合物合申解属发明3加快，新a醋i-0-现有波态佳商子电池-o-2022040040申请人数址电解质性能发展趋势电解质性能发展趋势两种热失效机理：气固反应、固固反应0Heatfow(Wig)发生反应，属于气固反应失效路径。Heatfow(Wig)Rul,X.Ren,D.*LiuX*...OuyangM*ot,al.EnergyEnviron.Scl,2023,16,3552-3563.质体系(主体电解质+补充电解质),实现在电池层面大于4C的倍率性能和5000的循环寿命。2035:以500Wh/kg和1000Wh/L为目标，进一步发展高比容量锂金属负极(锂金属载体或功能层)。复合负极技术现状■硅碳复合负极：硅碳负极材料的创新合成工艺低能耗碳包覆低碳化步法(硅裂解)碳包覆高比容量长寿命高首效■硅碳复合负极：通过采用高锂离子导率、低电子导率的材料作为界面修饰材料，提高硅碳负极材料和硫化物电解质的界面稳定性，实现硅碳负极材料优异的循环性能。66hdes锂金属负极风不可旧文N体相状大电极/电解质界面5动力性·材料层级：硫化物电解质化学稳定性和空气稳定性差，批量生产难题；正极材料NCM优化、锂金属负极的过渡层材料·界面层级：电极材料-固态电解质的界面相容性，包括界面副反应、固-固界面机械接触和体积变化，需要包覆与掺杂材料·电极层级：锂离子/电子传输动力学缓慢；锂枝晶的生长；需要粘结剂与分散剂材料·电芯层级：制造成本高，等静压压制工艺效率低，电芯做大做厚难，安全性能存在不确定因素◆第二步：重点攻关高容量复合负极◆第三步：重点攻关高容量复合正极中国动力电池前景展望：双轮驱动■高比能全固态电池与低成本、长寿命锂离子电池对中国动力电池产业同等重要全固态电池全固志材料体系①四志电解质②全固志材料体系①四志电解质②高镍/丽高镍、富错正极①高硅/纯硅、金属负极半固态材料体系液森便离子电油先语液体钠/伸离①高电压、富锂正极字电池②高硅、锂全属负极液态材料体系①①单晶、高镍正极②石墨、矸或负极①新型电解液、粘按剂①氧化物、学同离子、普鲁士类正极③改进电解液长寿命低成本电池长寿命低成本材料体系①磷酸锰铁锂正极材料②镍任酸理正极材料0202320252030100100%绿电+电能替代→近零排放