2024中國動力電池發(fā)展歷程-技術進展與前景展望報告-2024-09-新能源

2021-2040:推動我國新能源全方位革命，探索產(chǎn)學研全新模式與零碳系統(tǒng)解決方案氫燃料電池與電解綠氫系統(tǒng)電池安全實驗室清華-豐田燃料電池聯(lián)合研究中心中美電動汽車國家級聯(lián)合研究中心郡爾多斯新能源研究院電池安全研究與新型電池開發(fā)智能動力與智慧能源系統(tǒng)中國動力電池發(fā)展歷程、技術進展與前景展望2.1電動汽車應用與安全電池2.2人工智能革命與智能電池2.3材料體系創(chuàng)新與固態(tài)電池中國動力電池發(fā)展歷程2010-2024:動力電池比能量從100Wh/kg提高到300Wh/kg;結構創(chuàng)新三元動力電00電池包能量/km19906-鋰離子電池2000-鐵鋰、三元第一個10年電動汽車應用與安全電池-2010-電池管理系統(tǒng)第二個10年2020-半固態(tài)電池2030-全固態(tài)電池第三個10年61.發(fā)展歷程2.1電動汽車應用與安全電池2.2人工智能革命與智能電池2.3材料體系創(chuàng)新與固態(tài)電池過程FengX,OuyangM*atal.三相混合射流定容壓力三相混合射流電池熱失控絕熱量熱材料熱失穩(wěn)反應物變化電化學熱力學差示掃描量熱DSC物質(zhì)結構表征OuyangMetal.Joule,2020:Appl.Energy,2019,Nat.Energy,202反應X:反應X:正負極氣體之間的串擾反應反應I:負極與電解液反反應Ⅱ:還原性氣體攻擊反應V:正極固相反應反應V:正極固相反應反應V:反應正極氧和高安全隔摸設計阻斷關健放熱反應5C基常規(guī)電解液ECFreo火全電解液安全電解液原位腺合00釋放并阻止接職反應0RRR累粒物作為電極間介質(zhì)E20電池熱失控顆粒物填充電極間隙，大幅降低所需擊穿電壓值V總結提出了電池系統(tǒng)熱失控的順序、亂序和同步三種特征模式熱流方向熱流方向氣-固兩相流模型：氣-固兩相流模型：精確預測熱失控后系統(tǒng)顆粒物沉積行為vsTime1顆粒物沉積可誘導電弧發(fā)生，破壞電池系統(tǒng)原有防護結構SolutionTime0(s)Temperature/℃禹神盾00鋰離子電池EnergyStorageMater.,2021,40:329-336.國家標準規(guī)定動力電池熱蔓延后不起火、不爆炸“煙氣”“電氣”eTransporation,2022,13:100190;eTransportation,2022,14:100199;AppliedTherm.Eng,2021,199:117521;1.EnenyStorage,2022022年8月29日CATL發(fā)布麒其麟電池，將電池系統(tǒng)隔熱墊、水冷板、橫縱梁三合一組成多功能彈性夾層，簡化結構、加強熱管理。y2.1電動汽車應用與安全電池2.2人工智能革命與智能電池2.3材料體系創(chuàng)新與固態(tài)電池18650大容量化提高45.7%提高30%提高45.7%提高30%酮大容目大電目電池設計技術三代沿革降低成本提高質(zhì)量降低成本提高質(zhì)量近/中期第二代第一代2~5信智能化全自動提升效率電池智能設計技術可將電池研發(fā)效率提升1~2個數(shù)量級，節(jié)省研發(fā)費用70~80%。輸入輸出兩大核心技術典子優(yōu)真法高效年代置法建立設計參數(shù)與核心性能的精確構效關系為設計過程自動尋找最優(yōu)最速路徑ND,ND,NMR相場頻粒多物理場耦合NNSYS相場頻粒多物理場耦合NNSYS電化學服務130+家國內(nèi)外專業(yè)客戶，完成700+套仿真設計方案FLFCTAoDEAmOA自動智能設計BDAEtecrnooeHmo?電池尺寸容量配方電池構料算ELECTAODEAs短期性能高速復合疊片過程高速復合疊片設備疊片效率：600PPM電池全生命周期溯源數(shù)據(jù)庫數(shù)字化生產(chǎn)工藝仿真數(shù)字化生產(chǎn)工藝仿真?zhèn)鹘y(tǒng)全分容方式*目和相容量結果容量結果容量新型半分容方式可節(jié)約45%分容時間、電費、設備、場地。容量10%電池傳統(tǒng)分容預測誤差果分容柜&賽路云10億級參數(shù)量8附TWh級數(shù)據(jù)量電池大模型——PERB2.0線線數(shù)據(jù)集實車數(shù)據(jù)集實車數(shù)據(jù)集得圖電開發(fā)出基于Al模型的電動汽車電池狀態(tài)估計平臺2.0·大模型PERB2.0實現(xiàn)了安全預警和SOH估計；·大模型PERB2.0已在全國30+城市實現(xiàn)應用落地。1GWh+儲能80萬輛新能源汽車平臺領先平臺領先開發(fā)長壽命智能膜電極：迄今為止，長壽命參比電極的開發(fā)是一個極具挑戰(zhàn)性的課題。·傳統(tǒng)參比電極采用銅絲鍍鋰方案，循環(huán)性能差，并十UU核心問題是基于參比電極的老化機制和合理設計和使用2總工作時間超過了8個月(6000小時),電池容量保持率94%。42v2v0001000循環(huán)后剩余容量93.7%30植入膜電極程1.發(fā)展歷程2.1電動汽車應用與安全電池2.2人工智能革命與智能電池2.3材料體系創(chuàng)新與固態(tài)電池質(zhì)體系(主體電解質(zhì)+補充電解質(zhì)),實現(xiàn)在電池層面大于4C的倍率性能和5000的循環(huán)壽命。在各種固態(tài)電解質(zhì)中，硫化物電解質(zhì)技術成熟度最高，復合電解質(zhì)技術潛力巨大：硫化物具有與液體電解液相當?shù)母唠x子電導率，是短期內(nèi)開發(fā)方向，并逐步向復合電解質(zhì)(主導電解質(zhì)+補充電解質(zhì))發(fā)展。之和中清自《之和中清自《者為豐田和出光興產(chǎn)氧化物璃電解于制中謂肆(中氣利中員量《長0氧化物有檔型構0合物合申解屬合物合申解屬發(fā)明3加快，新a醋i-0-現(xiàn)有波態(tài)佳商子電池-o-2022040040申請人數(shù)址電解質(zhì)性能發(fā)展趨勢電解質(zhì)性能發(fā)展趨勢兩種熱失效機理：氣固反應、固固反應0Heatfow(Wig)發(fā)生反應，屬于氣固反應失效路徑。Heatfow(Wig)Rul,X.Ren,D.*LiuX*...OuyangM*ot,al.EnergyEnviron.Scl,2023,16,3552-3563.質(zhì)體系(主體電解質(zhì)+補充電解質(zhì)),實現(xiàn)在電池層面大于4C的倍率性能和5000的循環(huán)壽命。2035:以500Wh/kg和1000Wh/L為目標，進一步發(fā)展高比容量鋰金屬負極(鋰金屬載體或功能層)。復合負極技術現(xiàn)狀■硅碳復合負極：硅碳負極材料的創(chuàng)新合成工藝低能耗碳包覆低碳化步法(硅裂解)碳包覆高比容量長壽命高首效■硅碳復合負極：通過采用高鋰離子導率、低電子導率的材料作為界面修飾材料，提高硅碳負極材料和硫化物電解質(zhì)的界面穩(wěn)定性，實現(xiàn)硅碳負極材料優(yōu)異的循環(huán)性能。66hdes鋰金屬負極風不可舊文N體相狀大電極/電解質(zhì)界面5動力性·材料層級：硫化物電解質(zhì)化學穩(wěn)定性和空氣穩(wěn)定性差，批量生產(chǎn)難題；正極材料NCM優(yōu)化、鋰金屬負極的過渡層材料·界面層級：電極材料-固態(tài)電解質(zhì)的界面相容性，包括界面副反應、固-固界面機械接觸和體積變化，需要包覆與摻雜材料·電極層級：鋰離子/電子傳輸動力學緩慢；鋰枝晶的生長；需要粘結劑與分散劑材料·電芯層級：制造成本高，等靜壓壓制工藝效率低，電芯做大做厚難，安全性能存在不確定因素◆第二步：重點攻關高容量復合負極◆第三步：重點攻關高容量復合正極中國動力電池前景展望：雙輪驅(qū)動■高比能全固態(tài)電池與低成本、長壽命鋰離子電池對中國動力電池產(chǎn)業(yè)同等重要全固態(tài)電池全固志材料體系①四志電解質(zhì)②全固志材料體系①四志電解質(zhì)②高鎳/麗高鎳、富錯正極①高硅/純硅、金屬負極半固態(tài)材料體系液森便離子電油先語液體鈉/伸離①高電壓、富鋰正極字電池②高硅、鋰全屬負極液態(tài)材料體系①①單晶、高鎳正極②石墨、矸或負極①新型電解液、粘按劑①氧化物、學同離子、普魯士類正極③改進電解液長壽命低成本電池長壽命低成本材料體系①磷酸錳鐵鋰正極材料②鎳任酸理正極材料0202320252030100100%綠電+電能替代→近零排放