1、車用動力電池技術路線圖介紹 內容一、研究背景新能源汽車國際現狀目前在國際上，混合動力汽車已實現商業化，插電式混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車處于應用示范階段。傳統汽車呈下行趨勢國際能源署預測數據新能源汽車發展迅速預計2020年以后：插電式混合動力汽車、純電動汽車將快速增長，步入應用普及的發展階段，2030年后燃料電池汽車市場將大幅度提升。一、研究背景新能源汽車國內現狀我國節能與新能源汽車已形成了較為完善的研發體系和產業體系，研制了系列產品，新能源汽車推廣應用示范數量居世界前列。面向未來，我國節能與新能源汽車將繼續保持與國際先進水平接軌，以大規模商業化普及應用為目標，加快提升技術水平，加速

2、產業發展，預計2020年我國新能源汽車市場保有量將達到500萬輛，生產產能將達到200萬輛，2025年將生產產能將達到300萬輛。國際能源署對世界各國新能源汽車銷量預測國際能源署對世界各國新能源汽車銷量預測101001001000100010000能量密度（wh/kg）功率密度（w/kg)目前混合動力轎車規模使用-豐田系鋰離子鎳氫酸鉛啟停功能轎車-國內外低速車規模使用-中國廣泛應用于hev、phev、ev及fcv一、研究背景動力電池的作用動力電池作為能量儲存裝置，是電動汽車的核心部件。其性能的優劣直接影響電動汽車的市場應用和普通消費者的接受度，如安全性、能量密度、功率密度、壽命以及成本等。一、

3、研究背景國家規劃（德美韓日）韓國日本美國德國一、研究背景國家規劃（我國）2020年：l電池模塊的質量密度達到300瓦時/公斤以上；l成本降至1.5元/瓦時以下。l 產業化的鋰離子電池能量密度達到300 wh/kg以上，成本降至0.8元/wh以下；l 新型鋰離子電池能量密度達到400 wh/kg以上，新體系電池能量密度達到500 wh/kg以上。 l 2020年：電池能量密度達到300wh/kg；l 2025年：電池能量密度達到400wh/kg；l 2030年：電池能量密度達到500wh/kg。節能與新能源汽車國家規劃（20122020）中國制造2025“十三五” 計劃-新能源汽車重點研發專項（

4、20162020）一、研究背景企業規劃（韓國）lglg化學化學三星三星sdisdisksk公司公司aescaesc配套車輛聆風二代聆風sop時間20102018正極材料lmo-ncancm523負極材料石墨石墨容量（ah）32.556電壓（v）3.753.7體積能量密度（wh/l）274.0380.2質量能量密度（wh/kg）154.9222.9索尼索尼一、研究背景企業規劃（日本）日立車載能源公司（日立車載能源公司（hve)hve)一、研究背景企業規劃（中國）catlcatl力神力神內容目前世界范圍內動力電池的研發和產業化主要集中在三個區域，分別位于德國、美國和中日韓所在的東亞地區。鋰離子動力

5、電池的生產目前也主要集中在中日韓三個國家。二、發展現狀及需求分析研發和產業化分布從技術與產業的角度綜合來看：日本在技術方面依舊領先；韓國在市場份額方面超越日本，占據第一位；中國的電池企業數量最多，產能最大。二、發展現狀及需求分析變化趨勢我國動力電池技術路線的變化趨勢（2001-2015） 總產能：居世界首位（超過400億瓦時的年產能）； 形成了珠江三角洲、長江三角洲、中原地區和京津區域為主的四大動力電池產業化聚集區域； 超過100家動力電池企業開展動力電池及電池系統的研發及產業化工作； 超過1000億產業資金的投入，技術研發及產業化進展顯著。二、發展現狀及需求分析技術現狀國外產品國內產品三元三

6、元材料材料/ /石墨材料鋰離子電池（量產）石墨材料鋰離子電池（量產） 關鍵材料：實現了國產化； 單體電池技術水平：與國外同一水平； 已形成了較為完善的鋰離子動力電池產業鏈體系，掌握了動力電池的配方設計、結構設計和制造工藝技術，生產線逐步從半自動中試向全自動大規模制造過渡； 產品均勻一致性、系統集成技術、生產自動化程度：尚有差距。二、發展現狀及需求分析新能源汽車發展趨勢普及應用節能與新能源汽車的關鍵是要實現其經濟性與使用的便利性與傳統燃油汽車相當。當前，混合動力汽車具備經濟性和使用便利性，我國商用大客車已基本實現商業化。插電式混合動力汽車、純電動汽車等新能源汽車與傳統燃油汽車存在較大差距，提升經

7、濟性和使用便利性是未來相當長一段時間內新能源汽車發展的主要方向。國際上，預計2020年前后新能源汽車經濟性和使用便利性將大幅度提升，純電動汽車續航里程將達到400公里，2030年達到500公里。福特汽車福特汽車：新車的續航里程將達到320公里，年內（11月）推出。雷諾日產雷諾日產：將在2020年之前將純電動汽車(ev)的續航距離提高到400公里以上，20152015年年1 1月月20152015年年3 3月月20152015年年6 6月月20152015年年9 9月月20142014年年7 7月月奧迪奧迪：發布全新q6e-tron quattro概念車，續航里程500km，2020年上市。通用

8、汽車通用汽車：雪佛蘭bolt，行駛里程200英里（約322公里），33.5萬美元，2017年上市。大眾汽車大眾汽車：研發一款超級電池，純電動續航里程有望達到300公里，2020年提升至500km。teslatesla汽車汽車：model 3，續航里程320公里，3.5萬美元，2016年3月發布，2017年實現量產。20152015年年5 5月月20152015年年9 9月月二、發展現狀及需求分析動力電池是關鍵二、發展現狀及需求分析動力電池的發展與需求高性能、低成本的新型鋰離子電池和新體系電池是新能源汽車動力電池發展的主要方向。n未來相當長一段時期內，我國節能與新能源汽車將以普及應用插電式混合動

9、力汽車、純電動汽車等新能源汽車為主要任務，迫切期待動力電池降低成本、提高性能。n研發新型鋰離子電池和新體系電池、提升動力電池智能制造水平、完善驗證測試方法和標準體系，既是我國節能與新能源汽車的發展需求，也是我國動力電池發展的關鍵任務，具有緊迫性。新型鋰離子電池：采用高電壓/高容量正極材料、高容量負極材料和高壓電解液替代現有鋰離子電池材料，電池成本、比能量和能量密度具有明顯的優勢，將能夠大幅度提升新能源汽車經濟性和使用的便利性，需要解決耐久性、環境適應性和安全性等關鍵問題。新體系電池：包括鋰硫電池、鋰空氣電池、全固態電池等，預計具有更低成本和更高的比能量，尚處于基礎研究的發展階段。預計2020年

10、新型鋰離子電池將實現商業化，2030年新體系電池實用化。二、發展現狀及需求分析動力電池的發展目標2025年2030年 2020年技術提升階段。新型鋰離子電池實現產業化。能量型鋰離子電池單體比能量達到350wh/kg，能量功率兼顧型動力電池單體比能量達到200wh/kg。動力電池實現智能化制造，產品性能、質量大幅度提升，成本顯著降低，純電動汽車的經濟性與傳統汽油車基本相當，插電式混合動力汽車步入普及應用階段。產業發展階段。新體系電池技術取得顯著進展。動力電池產業發展與國際先進水平接軌，形成2-3家具有較強國際競爭力的大型動力電池公司，國際市場占有率達到30%。固態電池、鋰硫電池、金屬空氣電池等新

11、體系電池技術不斷取得突破，比能量達到400wh/kg以上。產業成熟階段。新體系電池實現實用化，電池單體比能量達到500wh/kg以上，成本進一步下降；動力電池技術及產業發展處于國際領先水平。我國動力電池發展大致分為三個階段，目標如下：內容車用動力電池技術路線圖ev電池2020202520302025年達到：比能量：單體400wh/kg，系統300 wh/kg；能量密度：單體800wh/l，系統500 wh/l；比功率：單體1000w/kg，系統700 w/kg；壽命：單體4500次/12年，系統3500次/12年；成本：單體0.5元/wh，系統0.9元/wh 2030年達到：比能量：單體500

12、wh/kg，系統350wh/kg；能量密度：單體1000wh/l，系統700 wh/l；比功率：單體1000w/kg，系統700 w/kg壽命：單體5000次/15年，系統4000次/15年；成本：單體0.4元/wh，系統0.8元/wh2020年達到：比能量：單體350wh/kg，系統250 wh/kg；能量密度：單體650wh/l，系統320 wh/l；比功率：單體1000w/kg，系統700 w/kg；壽命：單體4000次/10年，系統3000次/10年；成本：單體0.6元/wh，系統1.0元/wh基于現有高容量材料體系、優化電極結構、提高活性物質負載量應用新型材料體系、提高電池工作電壓優

13、化新型材料體系、使用新型電池結構優化設計、提升制造水平新材料應用、新制造工藝和裝備新型材料體系、新型制造工藝路線比能量的提升：壽命的提升：安全性的提升：成本的控制：能量型鋰離子電池新體系電池引入固態電解質、優化固液界面開發長壽命正、負極材料、提升電解液純度并開發添加劑、優化電極設計、優化生產工藝與環境控制采用電極界面沉積、開發新體系鋰鹽、優化生產工藝與環境控制固、液電解質結合技術、新型材料體系新型隔膜、新型電解液、電極安全涂層、優化電池設計新型隔膜、新型電解液、電極安全涂層、優化電池設計備注：電池壽命為全壽命周期要求。車用動力電池技術路線圖phev電池2020202520302025年達到：比

14、能量：單體250 wh/kg，系統150 wh/kg；能量密度：單體500wh/l，系統300 wh/l；比功率：單體1500w/kg，系統1000 w/kg；壽命：系統4000次/12年；成本：單體0.9元/wh ，系統1.3元/wh2030年達到：比能量：單體300 wh/kg，系統180wh/kg；能量密度：單體600 wh/l，系統350 wh/l；比功率：單體1500 w/kg，系統1000 w/kg；壽命：系統5000次/15年；成本： 單體0.8元/wh，系統1.1元/wh2020年達到：比能量：單體200wh/kg，系統120 wh/kg；能量密度：單體400wh/l，系統24

15、0 wh/l；比功率：單體1500w/kg，系統900 w/kg；壽命：系統3000次/10年；成本：單體1.0元/wh，系統1.5元/wh基于現有高容量材料體系提升材料的功率性能、優化電極設計基于現有高容量材料體系提升材料的功率性能、優化電極設計優化新型材料體系、使用新型電池結構開發長壽命正、負極材料、提升電解液純度并開發添加劑、優化電極設計、優化生產工藝與環境控制開發長壽命正、負極材料、提升電解液純度并開發添加劑、優化電極設計、優化生產工引入固態電解質、優化固液界面新型隔膜、新型電解液、電極安全涂層、優化電池設計新型隔膜、新型電解液、電極安全涂層、優化電池設計固、液電解質結合技術、新型材料

16、體系優化設計、提升制造水平優化設計、提升制造水平新型材料體系、新型制造工藝路線比能量和比功率的提升：壽命的提升：安全性的提升：成本的控制：備注：電池壽命為全壽命周期要求。三、技術路線圖關鍵材料（正極）重點發展材料實現目標差距分析實現路徑高鎳材料高鎳材料預計2020年比容量將突破215mah/g，2025年將突破225mah/g。國內僅少數廠家初步具備高鎳材料生產能力，但產品性能和穩定性仍需進一步提高，關鍵設備的技術水平和可靠性與國外差距較大。研究包覆元素種類、包覆量對材料表面殘余堿含量及電化學性能的影響，確定有利于降低殘余堿含量，提高材料電化學性能的最佳包覆參數組合。提高關鍵設備如氧氣氣氛焙燒

17、設備的技術水平和可靠性。高電壓材料高電壓材料通過提高電池充電截止電壓是提升鋰離子電池能量密度最為直接有效的手段和方法，高電壓材料需要大幅提升熱安全性能和循環穩定性能國內的生產線水平、品質控制水平仍存在較大差距。對原材料逐批進行檢驗，對全工藝流程的各項工藝參數進行有針對性的管控，實現生產過程的智能化富鋰氧化物富鋰氧化物固溶體材料固溶體材料通過產品改性的手段在保持高容量的前提下，提高高電壓使用條件下的循環性能。富鋰氧化物固溶體材料的電壓衰減快，倍率性能差，循環穩定性差等限制了其廣泛應用。通過對層狀富鋰氧化物固溶體材料表面進行多種金屬協同包覆，隔絕電解液對材料表面結構的侵蝕；通過對材料進行體相的高價

18、金屬摻雜，提高材料首次充放電效率，減少副反應的發生。其他新型材料其他新型材料磷酸錳鐵鋰型：目前材料倍率性能差，循環性能有待提高等因素制約了該類材料的進一步發展和應用。尖晶體鎳錳：因其高電壓和低成本以及富鋰氧化物固溶體材料因其具有較高的克容量和較寬的電化學窗口，亦在開發和使用中，目前的重點是提升其高溫循環性能。202020252030錳酸鋰： 115 mah/g 磷酸鐵鋰：165 mah/g三元材料： 210mah/g高電壓鎳錳酸鋰： 135mah/g富鋰氧化物固溶體材料：300 mah/g錳酸鋰： 115 mah/g 磷酸鐵鋰： 165 mah/g三元材料： 220 mah/g 高電壓鎳錳酸鋰

19、：140 mah/g富 鋰 氧 化 物 固 溶 體 材 料 ：300mah/g其他新型材料: 350 mah/g錳酸鋰： 110mah/g 磷酸鐵鋰： 165mah/g三元材料： 200mah/g 高電壓鎳錳酸鋰： 130mah/g富鋰氧化物固溶體材料：280 mah/g通過提高鎳含量，提高其比容量，通過摻雜、包覆和表面處理等技術手段，提高循環性能提高電池工作電壓，提升熱安全性能和循環穩定性能通過產品改性提高高電壓使用條件下的循環性能三、技術路線圖關鍵材料（正極）正極材料技術路線圖：性能提升：三、技術路線圖關鍵材料（負極）重點發展材料實現目標差距分析實現路徑石墨材料石墨材料進一步提升逆容量和壓

20、實密度，并降低成本。我國石墨類材料的性能/價格比方面已經較日本的日立化成、三菱化學、日本碳素、jfe、昭和電工等具有優勢，石墨負極的供應主要是中國企業，日本企業在材料改性方法和品質控制方面各具特色。通過表面包覆等技術提高材料加工性能和電化學性能，加強生產過程中材料的一致性和穩定性控制能力。無定型碳材料無定型碳材料通過包覆和摻雜等方法提高首次效率，并優化生產工藝逐漸降低成本；軟碳發展趨勢主要采用摻雜、修飾等改性處理提高其比容量和首次效率。從產品理化參數等指標看，國內企業同國外先進企業相比，產品的性能相當。材料主要缺陷需要改善，關鍵工藝技術如表面改性、材料結構調整等需要攻克。對硬碳和軟碳進行包覆和

21、摻雜，有效提高其首次效率。提高前軀體制備裝置、燒結設備等的技術水平和可靠性。硅碳材料硅碳材料在保持高比容量的前提下進一步提高庫倫效率、循環性能，并逐步降低成本。目前國內外不少負極材料生產企業均已開始布局硅碳負極的開發與商業化，但大部分處于研究階段和小規模批量化生產階段。主要在于關鍵工藝技術如納米化技術、材料結構構筑等需要進一步提高。采用工業化硅基原料，進行納米化，同時保證納米材料在硅碳復合過程的分散性好，防止團聚。采用表面改性處理，控制材料的表面效應，保持材料高比容量并提高其循環性能和穩定性。設計合理的硅碳材料結構，尤其是硅碳結合方式，將碳材料的循環穩定性，骨架支撐作用發揮好，合理分散納米硅，

22、利用好硅的高容量，同時引入無定型碳層來緩沖硅膨脹。202020252030石墨材料：360mah/g無定型碳材料：350 mah/g，首周庫倫效率85%硅碳材料：1000mah/g，壽命2000次石墨材料：360 mah/g無定型碳材料：400 mah/g，首周庫倫效率85%硅碳材料：1200mah/g，壽命2000次石墨材料：360 mah/g無定型碳材料：280 mah/g，首次庫倫效率80%硅碳材料：800mah/g，壽命2000次通過包覆和摻雜等方法改進無定型碳和硅碳基材料，優化生產工藝.提高容量、庫倫效率和循環性能，并逐步降低成本進一步提高容量、庫倫效率和循環性能，降低成本三、技術路

23、線圖關鍵材料（負極）負極材料技術路線圖：性能提升：三、技術路線圖關鍵材料（隔膜）隔膜材料技術路線圖：三、技術路線圖關鍵材料（電解液）電解液材料技術路線圖：2020202520302025年達到：溶劑：使用部分氟化溶劑與少量離子液體；鋰鹽：復合鋰鹽；添加劑：多功能添加劑。主要性能：電化學窗口5v，電導率 10-2s/m，可燃性降低，安全性提高。 2030年達到：高性能有機液體電解液；全固態無機固體電解質；固體聚合物電解質。主要性能：電化學窗口6v，電導率10-2s/m，無安全隱患，長壽命。2020年達到：溶劑：ec基混合溶劑；鋰鹽：單一鋰鹽（lipf6）為主；添加劑：vc/fec。主要性能：電化

24、學窗口300wh/kg）的基礎和中長期發展方向。開發新型高能量密度鋰離子動力電池關鍵正負極材料（高鎳三元、富鋰錳基固溶體，硅碳復合材料）制備技術；提升國家動力電池關鍵材料的工程化制備技術。重點開展高比容量納米硅/碳復合材料，固溶體材料和高鎳三元工程化裝備和制備技術及其應用性能的研究工作。材料性能滿足350wh/kg及以上動力電池的應用要求。建成年產1000噸的高比容量硅基負極材料生產試驗線；建成年產1000噸的正極材料生產線。行業聯合動 力 電 池產 業 化 技術研究開發350wh/kg動力電池技術，提升電池安全性及循環壽命，使之支持電動車行駛里程達到傳統汽油車水平，且降低電池成本，使電動車經

25、濟性優于傳統汽油車；使我國動力電池技術達到國際先進水平。至2020年，350wh/kg動力電池產業技術創新能力與國際水平相當，產業規模與我國新能源汽車發展相適配。至2025年，400wh/kg產品技術經濟性、產品質量，以及全產業鏈創新能力與國際先進水平相當，國內自主化率80%，國際市場占有率超過30%。350wh/kg動力電池安 全 技 術 開 發 ； 350wh/kg動力電池長壽命研究；結合電池產業狀況，以降低電池成本為目的，進行電池零部件國產化開發。350wh/kg 動力電池產業化示范基地，實現規?；瘧谩Ｆ髽I領跑四、技術創新需求行業共性技術平臺項目名稱項目名稱必要性必要性項目目標項目目標

26、研究內容研究內容預期成果預期成果實施實施方式方式儲能材料及動力電池測試評價技術平臺我國尚缺乏動力電池及關鍵材料系統性產品設計、設計驗證、試驗檢測等方面研發能力，尚沒有建立系統性行業規范、技術要求、檢測試驗方法，設計驗證能力、試驗檢測能力、產品規范/標準的研究能力、產品標定能力亟待提升。采用現代檢測、分析方法和模型、軟件工具，建立電池關鍵材料原位高效定量的性能表征方法及合成、表征方法的研究平臺以及動力電池電性能能、耐久性、環境適應性、安全性的技術評價、設計驗證、功能驗證能力，大幅度降低產品質量風險和事故風險。開展新型關鍵材料和動力電池的評估技術及方法研究，建立電池材料脫嵌鋰離子機理的研究方法、動

27、力電池性能衰退機理的研究方法、動力電池安全性的評價方法等。 1）通過建立測試平臺獲得關鍵材料、動力電池及系統的大量測試數據，形成數據庫；2）有機整合各種材料相關信息，實現跨尺度、跨領域、跨學科材料信息共享與挖掘，與計算材料設計結合，建立“關鍵材料基因庫”，加速先進材料的開發和推廣，降低材料研發成本；3）建立新型關鍵材料、動力電池測試和評價方法。國家主導動力電池標準化技術研究平臺我國動力電池標準體系尚需建立系統性行業產品技術要求、產品規范/標準、檢測標準的研究能力，以促進產業規范性和高效低成本的發展。2020年：建立動力電池尺寸、電池模塊設計標準體系，降低產品開發和設計成本；2025年：建立電池及模塊開發設計和產品（功能性、耐久性、耐環境性和安全性等）評價標準體系，系統性提升產品性能評價標準。1）動力電池及電池系統產品尺寸標準以及動力電池設計規范的研究；2）電池模塊空間設計規范/標準的研究。1）建立動力電池尺寸設計標準；2）建立電池裝配設計標準；3）建立動力電池標準化研