国家重点专项看下一代电池技术“图景”

2021-05-18 16:10欧杨宇

为落实“十四五”期间国家科技创新有关部署安排,国家重点研发计划启动“新能源汽车”、“储能与智能电网技术”等5个2021年度重点专项申报,下一代电池技术“图景”得以显露真容。

“新能源汽车”重点专项将围绕能源动力、电驱系统、智能驾驶、车网融合、支撑技术、整车平台等6个技术方向展开,按照基础前沿技术、共性关键技术、示范应用,拟启动18个项目,拟安排国拨经费8.6亿元。

其中,在能源动力方面,将重点围绕全固态金属锂电池技术、车用固体氧化物燃料电池关键技术、高密度大容量气氢车载储供系统设计及关键部件研制作出支持。主要考核指标如下:

站在“十四五”开端,“新能源汽车”2021年重点专项的目标在于:坚持纯电驱动发展战略,解决新能源汽车产业卡脖子关键技术问题,实现关键环节自主可控,形成一批国际前瞻和领先的科技成果,巩固我国新能源汽车先发优势和规模领先优势。

“储能与智能电网技术”重点专项围绕中长时间尺度储能技术、短时高频储能技术、高比例可再生能源主动支撑技术、特大型交直流混联电网安全高效运行技术、多元用户供需互动用电与能效提升技术、基础支撑技术等6个技术方向,按照基础前沿技术、共性关键技术,拟启动20项指南任务,拟安排国拨经费6.67亿元。

在储能电池研究环节,具体考核指标如下:


值得注意的是,重点专项是聚焦国家重大战略任务、围绕解决当前国家发展面临的瓶颈和突出问题、以目标为导向的重大项目群。

不难看出,“全固态”、“燃料电池”、“高性能”、“高可靠”、“长寿命”等成为下一代电池研究的重要关键词,由此彰显出国家对于新能源战略的高度确定性与重点支持,主动把控下一代高能量密度电池的关键材料和技术的发展,重视更高能量密度新体系电池的技术突破。

事实上,自“十五”以来,科技部先后启动了电动汽车重大科技专项、新能源汽车重大项目与新能源汽车重点专向等一系列科技项目,指引并推动中国新能源汽车核心技术领域发展,整体发展达到国际先进水平。

复盘“十三五”期间“新能源汽车”重点专项成果,动力电池技术已经取得重要突破。

至“十三五”末(2020年),中国新能源汽车产业已建立起完善的科技创新体系,支撑大规模产业化发展。尤其在动力电池方面,已经基本达到国家重点专项相关要求,并开始超前部署研发下一代技术。

“十三五”期间“新能源汽车”重点专项

从期间公开的期刊和报告来看,在车用动力电池方面,主要瞄准300Wh/kg高镍体系电池开发,由宁德时代、中航锂电、国轩高科、力神牵头承担。从欧阳明高、艾新平、肖成伟等责任专家老师的公开报告中来看,300Wh/kg高镍/硅基体系单体电池的指标基本达到项目要求。

在技术指引下,2021年,单体能量密度300Wh/kg动力电池开始进入商用视野。

1月,智己汽车发布两款量产定型电动车,新车将搭载上汽与宁德时代共同开发的,采用“掺硅补锂”技术的电池,单体能量密度达300Wh/kg,最大续航里程超1000公里,在NEDC工况下可20万公里零衰减,并称达到“永不自燃最高安全等级”。

近期,万向一二三也公开表示,公司基于NCM811体系开发的90Ah软包电池,电芯能量密度达到300Wh/kg,目前已拿到相关认证报告。

值得一提的是,由于此前高镍电池装车因安全性问题一度被推向风口浪尖,高镍电池在国内市场应用进程放缓,目前国内主流车端市场对于高镍体系电池规模化应用仍持谨慎态度。

在高比能固态锂电池方面,多个重点专项积极进行。包括:北京大学潘峰团队目标开发10Ah级、800Wh/L、循环次数大于2000次的全固体电池;科学院化学所郭玉国团队目标开发10Ah以上、≥400Wh/kg、≥800Wh/L、循环次数大于1000次的固态锂电池;厦门大学彭栋梁团队目标开发400Wh/kg,循环500周的(固态)锂离子电池样品;青岛能源所崔光磊团队目标开发单体电池比能量≥300Wh/kg,循环寿命≥2000次的固态锂电池,并实现装车考核。

从目前的报道来看,300Wh/kg电池走聚合物固态电池路线,实现2000周的循环寿命,已初有成效,但400Wh/kg固态电池实现500周以上的寿命仍具难度。

得益于国家对固态电池的重点支持,国内三家典型固态电池企业于“十三五”诞生,并逐渐展露头角。

目前,卫蓝新能源已完成300Wh/kg以上高镍三元正极的混合固态电池设计开发,已经给多家国际国内整车厂送样测试;锋锂新能源能量密度超过420Wh/kg的金属锂负极的二代固态电芯已在特殊领域开始应用,一代混合固液电解质电池产品(能量密度达235-280Wh/kg)已通过多项第三方安全测试和多家客户送样测试。北汽蓝谷搭载清陶能源固态电池的样车完成极寒环境用户极限工况验证。

在新体系电池方面物理所李泓团队的富锂锰/硅碳体系400Wh/kg、500周循环寿命,锂硫500Wh/kg、300周寿命,锂空600Wh/kg、200周寿命;北大夏定国团队锂离子电池400Wh/kg(富锂体系)、300周循环寿命,新体系电池500Wh/kg、200周寿命;南开陈军团队目标能量密度≥500 Wh/kg,循环寿命≥300 次锂/钠复合空气电池;中南赖延清团队比能量≥400Wh/kg,循环寿命≥500 次(100% DOD)的锂硫电池;松山湖实验室(物理所)黄学杰团队能量密度≥1000Wh/L,循环寿命大于 1000 次的高能量密度二次电池(5V体系)等。

公开信息显示,物理所李泓团队已开发出447Wh/kg,循环100周容量保持率(84%)的富锂811体系软包电池;北大夏定国团队已开发出容量400mAh/g的O2结构的富锂锰基正极;松山湖实验室(物理所)黄学杰团队研发的高电压镍锰酸锂与石墨配对的全电池,在常温25 ℃下循环2000周容量保持率达80%。

在储能电池方面,“十三五”期间,宁德时代承担的“100MWh级新型锂电池规模储能技术开发及应用”,其寿命指标10000周以上,项目实施3年多以来,完成了满足1.2万次循环寿命电池单体开发及产业化应用。同时,公司已开发出高一致性模块集成和在线监控技术、寿命预测技术、电池安全提升技术;开发出适用于100MWh 级大规模电池储能电站统一调度与控制系统”

可以肯定的是,在国家重点研发计划支持下,传统动力锂离子电池的性能得到显著提升,包括高镍/硅碳体系电池、长寿命电池已取得突破性进展,下一代电池高能量密度电池也取得了长足进步。

展望“十四五”,300Wh/kg高镍体系锂电池的商业化进程将由市场决定,以400Wh/kg为代表的下一代高能量密度电池的关键材料和技术将得到重点发展,更高能量密度、更长寿命新体系电池也将在新能源汽车、储能领域获得进一步探索。


网站地图