歐陽(yáng)明高：固態(tài)電池與鋰離子電池同等重要

中國(guó)動(dòng)力電池發(fā)展歷程、技術(shù)進(jìn)展與前景展望2.1電動(dòng)汽車應(yīng)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(guó)動(dòng)力電池發(fā)展歷程、技術(shù)進(jìn)展與前景展望1.發(fā)展歷程2.技術(shù)進(jìn)展3.前景展望中國(guó)動(dòng)力電池發(fā)展歷程2010-2024:動(dòng)力電池比能量從100Wh/kg提高到300Wh/kg;動(dòng)力電池成本從大于4元/Wh下降至低于0.5元/Wh。0法有效提升60708090100鐵鋰403050DataSource:D1EV.com中國(guó)動(dòng)力電池發(fā)展歷程2000-20302000-2030:動(dòng)力鋰離子電池30年的創(chuàng)新周期第一個(gè)10年第二個(gè)10年第三個(gè)10年 中國(guó)動(dòng)力電池發(fā)展歷程、技術(shù)進(jìn)展與前景展望1.發(fā)展歷程2.技術(shù)進(jìn)展2.1電動(dòng)汽車應(yīng)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3.前景展望指電動(dòng)汽車與電池安全指電動(dòng)汽車與電池安全熱失控誘因熱失控觸發(fā)熱失控蔓延熱T開(kāi)即SorsgaMatar.2018電池?zé)崾Э剡^(guò)程FengX.OayangM*aa.Fnepgy電池?zé)崾Э販y(cè)試與表征技術(shù)SYSSYs長(zhǎng)長(zhǎng)OuyangM*a.Jouk.2020.Appt.Energy.2019:Nat.Enegy.2022.電池單體熱失控與抑制技術(shù)揭示高比能量三元電池?zé)崾Э厝^(guò)程機(jī)理，確定熱失效化學(xué)反應(yīng)調(diào)控的關(guān)鍵靶點(diǎn)。r三Lk?12019bla2020Totny滬電池單體熱失控與抑制技術(shù)研究高鎳三元電池?zé)崾Э匾种萍夹g(shù)，提升電池本征安全。研究高鎳三元電池?zé)崾Э匾种萍夹g(shù)，提升電池本征安全。EC-reo電解液電池單體熱失控與抑制技術(shù)開(kāi)發(fā)高安全電解液+原位固化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)比能量為360Wh/kg的動(dòng)力電池?zé)崾Э靥卣鳒囟萒2提升49℃(至電池噴發(fā)與熱失控蔓延機(jī)理電氣絕緣條件變得不安全的主要誘因。電氣絕緣條件變得不安全的主要誘因。測(cè)試系統(tǒng)與方法存在臨界擊穿電壓Vpa⊙的物TAA電池噴發(fā)與熱失控蔓延機(jī)理提出電弧防護(hù)理論與設(shè)計(jì)方法：為防止電弧觸發(fā)熱失控，提出了基于顆粒物誘導(dǎo)電弧防護(hù)設(shè)計(jì)Map圖的防護(hù)理論與設(shè)計(jì)方法。擬合、插值獲得臨界擊穿電壓的等高線熱蔓延與熱防護(hù)總總結(jié)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同步蔓延亂序蔓延順序蔓延熱流方向熱蔓延與熱防護(hù)車用電池系統(tǒng)先進(jìn)熱管理設(shè)計(jì)新方法：用氣-固兩相流模型對(duì)熱失控車用電池系統(tǒng)先進(jìn)熱管理設(shè)計(jì)新方法：用氣-固兩相流模型對(duì)熱失控后過(guò)程進(jìn)行精準(zhǔn)模擬，進(jìn)而指導(dǎo)熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。氣-固兩相流模型：精確預(yù)測(cè)熱失控后系統(tǒng)顆粒物沉積行為we0000-0顆粒物沉積可誘導(dǎo)電弧發(fā)生，破壞電池系統(tǒng)原有防護(hù)結(jié)構(gòu)XuC,FengX°,OuyangM°,etal.Fnergy2023.熱蔓延與熱防護(hù)電池包熱失控蔓延抑制技術(shù)：提出隔熱+冷卻方法，可調(diào)節(jié)熱流，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高能量密度電池組熱蔓延抑制。置熱擴(kuò)散抑制實(shí)驗(yàn)置RE火Temperature/℃禹神盾Temperature/℃Tine/EnergyStorngeMater,2021,40:329-336.高安全電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定動(dòng)力電池?zé)崧雍蟛黄鸹?、不爆炸?024年5月工信部頒布新建議《電動(dòng)汽車動(dòng)力電池安全要求》;·基于現(xiàn)有熱、煙氣、電氣設(shè)計(jì)體系進(jìn)行安全防護(hù)，技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)上述規(guī)定(比能量小于300瓦時(shí)/公斤)現(xiàn)有熱-氣-電高安全電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)現(xiàn)有熱-氣-電高安全電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)“煙氣”“電氣”“熱”高安全電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)典型高安全電池系統(tǒng)：三元CTP麒麟電池系統(tǒng)2022年8月29日2022年8月29日CATL發(fā)布麒麟電池，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?shī)A層，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)熱管理。255Wh/kg·采用高比能量三元電池，使電池系統(tǒng)比能量達(dá)到250瓦時(shí)/公斤；·在全球率先推出讓電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航達(dá)到1000公里的動(dòng)力電池系統(tǒng)技術(shù)。1972%N150%中國(guó)動(dòng)力電池發(fā)展歷程、技術(shù)進(jìn)展與前景展望2.1電動(dòng)汽車應(yīng)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)電池智能電池智能化：挑戰(zhàn)和機(jī)遇··智能電池：智能傳感+內(nèi)置芯片+無(wú)線BMS+智能算法賦能超大容量動(dòng)力/儲(chǔ)能電池·電池全生命智能化：協(xié)助“設(shè)計(jì)-制造-管理-回收”全生命周期提速降本為形57減少47%628Ah12000+加120701857減少47%628Ah12000+加1207018電池仿真和設(shè)計(jì)自動(dòng)化電池設(shè)計(jì)技術(shù)三代沿革電池智能設(shè)計(jì)技術(shù)可將電池研發(fā)效率提升1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，節(jié)省研發(fā)費(fèi)用70-80%.電池智能設(shè)計(jì)電池智能設(shè)計(jì)BDA技術(shù)：BatteryDesignAutomation輸出智能化全自動(dòng)設(shè)計(jì)最佳電池方案車輛性能需求輸入兩大核心技術(shù)②高效智能尋優(yōu)②高效智能尋優(yōu)算法電池仿真和設(shè)計(jì)自動(dòng)化開(kāi)發(fā)多尺度表征和仿真平臺(tái)：數(shù)字實(shí)驗(yàn)室融合多尺度表征-計(jì)算-分析-設(shè)計(jì)-發(fā)展技術(shù)，整合電池仿真測(cè)試、優(yōu)化設(shè)計(jì)和仿真測(cè)試、優(yōu)化設(shè)計(jì)和AI建模方法，形成新材料、新設(shè)備和新系統(tǒng)的閉環(huán)研發(fā)系統(tǒng)。也極MCOMSOL軟件電池仿真設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)自動(dòng)化建立中國(guó)電池設(shè)計(jì)軟件工具鏈，覆蓋虛擬建模、短/長(zhǎng)期性能仿真、型號(hào)自動(dòng)設(shè)計(jì)。服務(wù)130+家國(guó)內(nèi)外專業(yè)客戶，完成700+套仿真設(shè)計(jì)方案Electroder⑧-MOD/-SIM/-LIFE/-BDA電池虛擬建模電池虛擬建模rarcmoln電熱性能仿真nurcrngins熱性機(jī)電池全自動(dòng)設(shè)計(jì)nern老化與壽命評(píng)估aerng電池智能制造和設(shè)備開(kāi)發(fā)電池智能制造設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電池大規(guī)律制造技術(shù)突破，具備PPB級(jí)別產(chǎn)品缺陷率、全生命周期電池產(chǎn)品可靠性、期電池產(chǎn)品可靠性、TWh級(jí)別超大規(guī)模高質(zhì)量交付能力。高速?gòu)?fù)合疊片過(guò)程疊片效率：600PPM單機(jī)年產(chǎn)能：1.5GWh復(fù)合疊片優(yōu)勢(shì)：界面均勻、高效，踢出缺極片、材料利用率高。智能裝備發(fā)展階段單機(jī)智能多機(jī)協(xié)同智能分段連續(xù)一體智能整線連續(xù)一體智能高速?gòu)?fù)合疊片設(shè)備電池智能制造和設(shè)備通過(guò)過(guò)程仿真和產(chǎn)線大數(shù)據(jù)分析，顯著提升制造效率。通過(guò)過(guò)程仿真和產(chǎn)線大數(shù)據(jù)分析，顯著提升制造效率。生產(chǎn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)接封的注液醉置預(yù)充-化分西中段工藝：電池成型后段工藝：分容化成預(yù)測(cè)誤差<0.1%數(shù)字化生產(chǎn)工藝仿真數(shù)勿漿除布-分切模切前段工藝：極片制造字化@容量結(jié)果容量結(jié)果開(kāi)開(kāi)發(fā)出基于Al模型的電動(dòng)汽車電池狀態(tài)估計(jì)平臺(tái)2.0共性平臺(tái)：電池AI大模型PERB2.010億級(jí)參數(shù)量MAE架構(gòu)TWh級(jí)數(shù)據(jù)量電池大模型——PERB2.0收據(jù)事車收出事下游任務(wù)開(kāi)發(fā)出基于Al模型的電動(dòng)汽車電池狀態(tài)估計(jì)平臺(tái)2.0·大模型PERB2.0實(shí)現(xiàn)了安全預(yù)警和SOH估計(jì)；·大模型PERB2.0已在全國(guó)30+城市實(shí)現(xiàn)應(yīng)用落地。技術(shù)領(lǐng)先平臺(tái)規(guī)模技術(shù)領(lǐng)先平臺(tái)規(guī)模25ms智能膜電極和智能電池開(kāi)發(fā)長(zhǎng)壽命智能膜電極開(kāi)發(fā)長(zhǎng)壽命智能膜電極：迄今為止，長(zhǎng)壽命參比電極的開(kāi)發(fā)是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的課題。清華PSG團(tuán)隊(duì)方案·開(kāi)發(fā)了智能膜電極(隔膜-參比電極一體化方案)·基于長(zhǎng)壽命活性材料和多孔薄膜基底，智能隔膜有望實(shí)現(xiàn)全生命周期負(fù)極電位監(jiān)測(cè)100盟.PSoue20222195國(guó)際研究現(xiàn)狀·傳統(tǒng)參比電極采用銅絲鍍鋰方案，循環(huán)性能差，并且具有阻隔效應(yīng)；·目前最先進(jìn)的參比電極循環(huán)壽命在300圖左右。ronAla核心問(wèn)題是基于參比電極的老化機(jī)制和合理設(shè)計(jì)和使用2智能膜電極和智能電池系統(tǒng)性研究智能膜電極老化機(jī)理，針對(duì)性設(shè)計(jì)和使用，開(kāi)發(fā)出長(zhǎng)壽命(現(xiàn)有水平的3倍以上)的參比電極?！粑粗踩?yún)⒈入姌O電池：電池廠商測(cè)試數(shù)據(jù)1000循環(huán)后剩余容量93.7%◆植入?yún)⒈入姌O電池：實(shí)現(xiàn)了超過(guò)1000◆未植入?yún)⒈入姌O電池：電池廠商測(cè)試數(shù)據(jù)1000循環(huán)后剩余容量93.7%Timeth)進(jìn)一步證實(shí)了：智能膜電極的植入對(duì)電池衰減無(wú)影響。即實(shí)現(xiàn)了無(wú)損植入。30智能膜電極和智能電池智能電池技術(shù)樣品開(kāi)發(fā)與應(yīng)用材料體系創(chuàng)新與全固態(tài)電池發(fā)展趨勢(shì)◆第一步：重點(diǎn)攻關(guān)固態(tài)電解質(zhì)2025:以200Wh/kg和400Wh/L為目標(biāo)，打通全固態(tài)電池技術(shù)鏈，三元和石墨正負(fù)極基本不變，確立主體電解質(zhì)；2030:以300Wh/kg和600Wh/L為目標(biāo)，特種商用車應(yīng)用為主要場(chǎng)景，三元和硅碳正負(fù)極，優(yōu)化固態(tài)電解質(zhì)體系(主體電解質(zhì)+補(bǔ)充電解質(zhì)),實(shí)現(xiàn)在電池層面大于4C的倍率性能和5000的循環(huán)壽命?！舻诙剑褐攸c(diǎn)攻關(guān)高容量復(fù)合負(fù)極2030:以400Wh/kg和800Wh/L為目標(biāo)，高性能乘用車應(yīng)用為主要場(chǎng)景，進(jìn)一步發(fā)展高比容量高硅基負(fù)極，實(shí)現(xiàn)在電池層面大于3C的倍率性能和1500的循環(huán)壽命；2035:以500Wh/kg和1000Wh/L為目標(biāo)，進(jìn)一步發(fā)展高比容量鋰金屬負(fù)極(鋰金屬載體或功能層)?！舻谌剑褐攸c(diǎn)攻關(guān)高容量復(fù)合正極2035:以500Wh/kg和1000Wh/L為目標(biāo)，進(jìn)一步發(fā)展高電壓高比容量富鋰正極：2040:以700Wh/kg為目標(biāo)，發(fā)展鋰硫和鋰空氣電池。固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)現(xiàn)狀■在各種固態(tài)電解質(zhì)中■在各種固態(tài)電解質(zhì)中硫化物電解質(zhì)技術(shù)成熟度最高，復(fù)合電解質(zhì)技術(shù)潛力巨大：硫化物具有與液體電解質(zhì)專利申請(qǐng)發(fā)展趨勢(shì)電解質(zhì)性能發(fā)展趨勢(shì)固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)現(xiàn)狀■硫化物固態(tài)電解質(zhì)：結(jié)合粘結(jié)劑設(shè)計(jì)改性、溶劑適配和粒度匹配，研發(fā)了高機(jī)械強(qiáng)度的自支撐硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜，厚度超薄至25μm,并在軟包電池體系中實(shí)現(xiàn)了驗(yàn)證。n建wr厚度25μm厚度25μm孔隙率6%36固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)現(xiàn)狀■硫化物固態(tài)電解質(zhì)：揭示硫化物固態(tài)電解質(zhì)兩種熱失效機(jī)理，發(fā)現(xiàn)LGPS/LPSC具有高熱穩(wěn)定性。兩種熱失效機(jī)理兩種熱失效機(jī)理：氣固反應(yīng)、固固反應(yīng)Ru,X.Ron,D*LuX°OuyangMotaL.EnorgyEnwon.Sc,2023.16,3552-3563.材料體系創(chuàng)新與全固態(tài)電池發(fā)展趨勢(shì)◆第一步：重點(diǎn)攻關(guān)固態(tài)電解質(zhì)2025:以200Wh/kg和400Wh/L為目標(biāo)，打通全固態(tài)電池技術(shù)鏈，三元和石墨正負(fù)極基本不變，確立主體電解質(zhì)；2030:以300Wh/kg和600Wh/L為目標(biāo)，特種商用車應(yīng)用為主要場(chǎng)景，三元和硅碳正負(fù)極，優(yōu)化固態(tài)電解質(zhì)體系(主體電解質(zhì)+補(bǔ)充電解質(zhì)),實(shí)現(xiàn)在電池層面大于4C的倍率性能和5000的循環(huán)壽命?！舻诙剑褐攸c(diǎn)攻關(guān)高容量復(fù)合負(fù)極2030:以400Wh/kg和800Wh/L為目標(biāo)，高性能乘用車應(yīng)用為主要場(chǎng)景，進(jìn)一步發(fā)展高比容量高硅基負(fù)極，實(shí)現(xiàn)在電池層面大于3C的倍率性能和1500的循環(huán)壽命；2035:以500Wh/kg和1000Wh/L為目標(biāo)，進(jìn)一步發(fā)展高比容量鋰金屬負(fù)極(鋰金屬載體或功能層)。◆第三步：重點(diǎn)攻關(guān)高容量復(fù)合正極2035:以500Wh/kg和1000Wh/L為目標(biāo)，進(jìn)一步發(fā)展高電壓高比容量富鋰正極；2040:以700Wh/kg為目標(biāo)，發(fā)展鋰硫和鋰空氣電池。復(fù)合負(fù)極技術(shù)現(xiàn)狀創(chuàng)新地提出了一步法制備硅碳負(fù)極技術(shù)，該技術(shù)具有低成本、低能耗和低碳化等優(yōu)點(diǎn)，硅碳負(fù)極材料可達(dá)到高比容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命和高首次庫(kù)倫效率的目標(biāo)?！鰟?chuàng)新地提出了一步法制備硅碳負(fù)極技術(shù)，該技術(shù)具有低成本、低能耗和低碳化等優(yōu)點(diǎn)，硅碳負(fù)極材料可達(dá)到高比容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命和高首次庫(kù)倫效率的目標(biāo)。納米化低成本球形化碳包覆高比容量長(zhǎng)壽命高首效華宣酒時(shí)低能耗低碳化一復(fù)合負(fù)極技術(shù)現(xiàn)狀■硅碳復(fù)合負(fù)極：通過(guò)采用高鋰離子導(dǎo)率、低電子導(dǎo)率的材料作為界面修飾材料，提高硅碳負(fù)極材料和硫化物電解質(zhì)的界面穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)硅碳負(fù)極材料優(yōu)異的循環(huán)性能。者即者即華宣酒時(shí)硅烷沉積多孔碳代表性企業(yè)口唱壞容量保持率為9cascyeubew2sa●應(yīng)用于硫化物全固態(tài)電池的硅碳負(fù)極材料實(shí)現(xiàn)高首次放電比容量為1500mAh/g;●首次充電比容量為1350mAh/g,首次庫(kù)倫效率高達(dá)89%;●在0.5C倍率下1000次循環(huán)后硅碳負(fù)極材料保持高容量保持率為82%.40復(fù)合負(fù)極技術(shù)現(xiàn)狀■■鋰金屬負(fù)極：全固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化科學(xué)技術(shù)難題(500Wh/kg,1000Wh/L)高鎳正極W超薄硫化物電解質(zhì)膜集ri鋰金屬負(fù)極力性材料體系創(chuàng)新與全固態(tài)電池發(fā)展趨勢(shì)◆第一步：重點(diǎn)攻關(guān)固態(tài)電解質(zhì)2025:以200Wh/kg和400Wh/L為目標(biāo)，打通全固態(tài)電池技術(shù)鏈，三元和石墨正負(fù)極基本不變，確立主體電解質(zhì)；>2030:以300Wh/kg和600Wh/L為目標(biāo)，特種商用車應(yīng)用為主要場(chǎng)景，三元和硅碳正負(fù)極，優(yōu)化固態(tài)電解質(zhì)體系(主體電解質(zhì)+補(bǔ)充電解質(zhì)),實(shí)現(xiàn)在電池層面大于4C的倍率性能和5000的循環(huán)壽命?！舻诙剑褐攸c(diǎn)攻關(guān)高容量復(fù)合負(fù)極2030:以400Wh/kg和800Wh/L為目標(biāo)，高性能乘用車應(yīng)用為主要場(chǎng)景，進(jìn)一步發(fā)展高比容量高硅基負(fù)極，實(shí)現(xiàn)在電池層面大于3C的倍率性能和1500的循環(huán)壽命；2035:以500Wh/kg和1000Wh/L為目標(biāo)，進(jìn)一步發(fā)展高比