技术成果

多能融合装配式能源系统研发与产业化示范

热泵技术被国际能源署列为六大清洁能源技术之一，与光伏、风电等技术共同支撑碳中 和目标。特斯拉创始人马斯克将其纳入"宏图计划"，认为其减排潜力超越新能源汽车；"双 碳"目标下，《节能环保产业发展规划》明确支持热泵技术应用，国家《可再生能源发展"十 四五"规划》将其列为重点技术。欧盟“工业 5.0”计划将多能融合能源站列为关键基础设 施，要求2030年工业热泵覆盖率提升至 50%；国际巨头聚焦“多源热泵+储能”系统，国 内工业领域余热利用率不足 40%，且分散热源（废水/废气/地热）难以集约化利用；传统 能源站建设周期长，定制化成本高，制约规模化推广。 面对以上问题，需攻克三大核心技术： 1 多源输入兼容性：融合工业余热、地热、空气能、光伏等分散式低品位热源； 2 高温输出瓶颈：突破环保工质限制，实现130~150℃稳定供能； 3 工程快速交付：通过标准化设计解决定制化成本高、周期长难题。 本技术已多源热泵深度融合系统，首创单台机组兼容余热、空气能、地热、光热等多源 输入适配技术：通过多级压缩+混合工质变温相变技术，将低品位热源升温至130℃；基于 实时电价、热源波动、负荷需求，自动切换最优组合的动态协同优化算法；集成热泵动力舱、 储能缓冲舱、智能控制舱等模块化预制集成，实现了装配式能源站革命性设计。

零碳园区智慧能源系统项目

我国工业园区能耗占全国总能耗的60%，碳排放强度高，传统供能模式依赖化石能源。 为实现“双碳”目标，亟需构建零碳园区综合解决方案。本项目开发能源-资源-数字化集成技 术，解决核心问题： （1）清洁供能：通过光伏/风电+储能的智能微网替代燃煤供电，实现园区90%绿电自 给； （2）循环降碳：建立余热回收、碳捕集与资源化系统，将CO₂转化为工业原料，碳利 用率≥70%； （3）智慧管理：AI算法优化能源调度，动态平衡负荷，降低综合能耗30%以上。

低成本镁金属二次电池技术

储能技术是推动能源电力系统低碳转型的关键，但主流的锂离子电池技术面临锂资源短 缺（进口依赖度超60%）、供应链不稳定及安全性等多重挑战。随着储能市场规模的指数级 增长，资源短缺和成本问题将进一步加剧。因此，开发低成本、高安全的新型二次离子电池 技术，已成为储能产业发展的迫切需求。镁金属二次电池是一种基于丰产元素的新型电池技 术，镁的地壳储量是锂的3000倍，成本仅为其1/20，且镁金属负极无枝晶生长风险，具备本 征安全性。近年来，欧美各国都在镁电池领域积极布局，欧盟在2030规划中将镁电池列为最 有潜力的电池体系之一。而我国拥有优异的镁资源禀赋和完善的产业链，原镁产量占全球近 九成，发展镁金属二次电池技术具有重要的经济价值和战略意义。最近，国家发展改革委和 能源局出台的《能源技术革命创新行动计划》中也明确提出要大力发展镁基电池储能技术。 多价离子电池研究组面向可再生能源规模化存储与利用重大需求，聚焦高丰度镁金属资 源，发展镁金属二次电池技术。研究二价镁离子的固液相传输行为与存储机制，着力突破多 电子转移过程中的热动力学瓶颈问题，开发了具有自主知识产权的钛基和钒基高比容储镁正 极材料，以及具有高离子电导率和高界面稳定性的硼基镁离子电解液体系，实现了镁离子的 高效、可逆存储，构筑了高性能镁金属二次电池体系。

低成本、高安全钠电池技术

到2025年，新型储能装机规模达3000千万瓦以上，新型储能在推动能源领域双碳目标中 发挥重要作用。我国《“十四五”新型储能发展实施方案》及《关于加快推动新型储能发展的 指导意见》中，提出加快钠离子电池等技术研发及规模化试验示范。钠在地壳中储量丰富， 价格便宜，同时钠离子电池能提供与锂离子电池相当的能量密度、更高的功率密度以及更长 的循环寿命，使得钠电池在新能源汽车、大规模储能领域具有广泛的应用前景。面向国家新 能源利用及资源有效利用的重大战略需求，固态能源系统技术中心多年来深耕低成本、高安 全钠电池关键技术，攻坚于固态电解质材料体系自主设计、开发及制备，建设了国际一流的 钠电池系统研发、智能化制造和批量生产平台，形成了具有自主知识产权的关键材料，如低 成本抗腐蚀水系电解质及本征安全的聚合物钠离子固态电解质，硼/铝基高稳定钠盐及阻燃 添加剂等。秉持“物美价廉、安全可靠”的工艺设计理念，已具备批量化制备本征安全且兼顾 优异电化学及机械性能的固态钠离子电解质和高安全、长寿命固态钠离子电池电芯及系统的 能力，为国家新能源产业发展及随之而来的能源系统革新提供强有力的储能技术支撑。 在固态电解质方面，开发了系列酰胺丙烯酸酯/磷酸酯类的新型聚合阻燃单体，从电解 质层面降低电池热失控风险；对电芯制备工艺技术进行创新，导入多孔集流体和预钠化技术 提升能量密度和寿命。通过设备改进，改进电极涂布技术与变温梯度原位固态化过程相匹配， 形成固态电芯单元连续化制造。在电极材料方面，已实现全水系、低能耗钠离子正极材料批 量化合成工艺，针对不同应用场景，定制化正极材料全流程工艺路线；已经成功搭建了百公 斤级

锂离子电容器项目

电池、电容器作为当前最主要的储能介质，在新能源发展中必不可少，其技术创新对新 能源革命也尤为重要。能量密度和功率密度是考察化学电源储存与释放电能能力的重要指标， 但两者的同时实现是电化学能源存储面临的难题。锂离子电容器兼具了锂电池和超级电容器 的优点，具有高功率密度，能够200C充放电；具有50万次的长循环寿命，高出锂电池的100 倍；具有高的能量密度，是传统超级电容器的3~5倍。 锂离子电容器由于技术复杂、成本高等原因，截止到目前，关键产业技术及高性能原材 料技术基本掌握在国外企业的手中。美国Maxwell独家掌握了干法电极技术，并具备锂离子 电容器单体生产能力。日本可乐丽和日本电子ACT公司分别掌握了活性炭和纳米门炭技术； 日本嘉娜宝公司、日本吴羽化学、日本ATEC公司等掌握着硬炭负极材料的技术。中车青岛 四方车辆研究所有限公司是国内唯一具备锂离子电容器开发、量产能力和条件的企业，但是 关键电极不具备自主生产能力，仍需进口。

高纯无水氯化铝制备新技术

技术简介及特点 本项目以流化床为反应器，拜耳法氢氧化铝为原料，基于热力学计算，以及 反应过程的机理分析，设计开发了低温分解-低温氯化制备高纯无水氯化铝的短 流程技术。采用氢氧化铝的低温分解技术，获得高比表面和高活性的氧化铝，通 过引入气质碳源强化了反应介质间的传递和反应过程，突破了反应过程动力学， 高活性的氧化铝在低温可被快速氯化。通过工艺条件的优化，获得高纯无水氯化 铝的工艺参数条件，高纯无水氯化铝的纯度可达到 4N 以上。本技术具有反应条 件温和，生产效率高，清洁环保等特点。 专利及进展情况 申请了 2项国内专利。目前，已完成实验室小试实验工作，获取了关键技术 参数。 产业化前景分析 无水氯化铝作为重要的化工产品，目前主要应用于有机化工合成领域，国内 需求量超过 30万吨/年，同时作为最具发展潜质的大规模储能电池—铝离子电池 电解液的主要活性组分，随着可再生能源技术和储能产业的发展，高纯无水氯化 铝将具有更为广阔的市场空间。相对于现有的铝锭法，新技术以廉价的氢氧化铝 为原料，短流程高效清洁地生产高纯无水氯化铝产品，生产成本下降 35%以上， 且可实现单套 10万吨级规模化生产，将具有良好的市场竞争优势和发展应用前 景。 转化方式 技术转让 许可使用 挥发性有机物（VOCs）流化床吸附浓缩技术

高性能钛酸锂材料制备工艺

技术简介及特点 钛酸锂（LTO）电池具有可靠的安全性、优越的大功率充放电特性、超长的 使用寿命、绝佳的高低温性能和较低的全生命周期成本等优点，非常适用于公交 车及储能领域。改善钛酸锂材料的电化学性能将延长钛酸锂电池使用寿命，提高 其能量密度和功率密度。目前，针对市场需求，我们开发出包覆型和体相掺杂型 LTO 材料，包覆碳在 LTO表面形成稳定的保护膜可以阻挡界面副反应的发生，体 相掺杂技术降低成本，提高导电率，改善 LTO电池“胀气”问题，提高LTO 电池 的倍率性能。经电化学性能测试，与市场材料相比，包覆型材料容量性能优于市 场水平；体相掺杂型材料具备性能稳定的特点，所开发技术成本低且工艺简单， 易于实现工业放大。 专利及进展情况 截止目前，我们在钛酸锂材料制备和钛酸锂电池制作方面申请发明专利2 项，包覆型 LTO材料 1C 倍率下放电比容量为167mAh/g，10C倍率下放电比容量 为 150mAh/g；体相掺杂 LTO材料 10C倍率下放电比容量为 126mAh/g，2000 次循 环容量保持率≥80%，显示出良好的倍率及循环性能。 产业化前景分析 据统计，2017年新能源公交车的销量达到 8.88万台，并且这个数据仍保持 持续的增长，2017 年中国锂电储能达到55 亿元规模，预计到2020 年将达到87 亿元。LTO电池独特的优点非常适合公交车及储能领域，而钛酸锂负极材料将迎 来供需方面的失衡，市场驱动企业产能释放及新产能的投入。我们所开发的两种 钛酸锂材料电化学性能优越，工艺简单且成本低。未来经过技术放大，进一步孵 化，有望在产业上取得大规模推广生产。 转化方式 合

低成本高安全性固态钠离子电池技术

未公开（摘自宁波材料所科技成果册2023目录）

时空相变储能材料

相变储能材料发生相变时能够吸收或释放大量潜热并保持体系温度恒定，在热能存储与利用 领域展现出广阔的应用前景。然而，传统的相变材料低于相变温度时即自发释放出潜热，难以实现 热能长期存储与可控释放，在时间与空间上极大限制了相变储热技术的实际应用。针对此问题，研 究团队开发了一种时空相变储能材料，能够在时间与空间上实现热能的长期存储与可控释放。 本时空相变储能材料可用于吸收 70-150 摄氏度范围内的热能，并且蓄能后能够在室温环境 下稳定存放数月以上；随即可通过可控触发方式释放出储存的热能，释热量高于显热两个数量级， 展现出优异的热能长期存储与可控释放的性能。时空相变材料还具有制备方法容易、材料无毒、价 格低廉等优点，在跨季节长期储能、太阳能热利用、谷电储能、低品位余热回收、电池热管理等领域 具有广泛的应用前景。

电池比热容精密测量仪 BTAC-I

仪器简介 锂离子电池在化学储能领域得到了极大关注和广泛应用。在实际应用中，电池的热管理格外 重要，它关系着电池组的循环寿命、能量效率和安全性等，决定了锂离子电池的市场和未来。电池 热管理不仅需要监控电池温度，也要控制电池温升速率，这都要求获得准确的电池比热容数据。本 量热仪能够在可控、精确的绝热环境下，准确测量18650 电池芯的比热容数据，可为相关电池组热 性能分析及热危害评估提供重要的热力学依据。 技术参数 温区：-150～150℃ 准确度：±2% 重复性：±1% 可定制不同尺寸和型号电池的比热测量仪

三元正极材料再生研究

项目简介及应用领域 “废弃材料再利用”是一个伴随着自然资源急剧消耗和废弃材料急剧增加的新命题，许多国家已经逐渐加大废旧电池回收利用的研究投入，废旧电池的回收再利用是一项紧迫而艰巨的任务。锂离子电池中，三元锂离子电池的产量和使用量逐年快速增长，随之产生大量废旧三元锂离子电池，不经处理的三元废旧电池会产生严重的环境污染。 废旧三元锂离子电池含有丰富有价金属资源，是有待开发的“城市矿山”。目前，已有的相对成熟的三元正极材料回收工艺主要采用湿法冶金工艺，但是此过程中产生废酸等污染物，且工艺相对复杂，成本较高。本项目重点研究工艺简单、成本低廉、绿色环保的旧三元锂离子电池正极材料直接再生工艺。 技术指标：开发了废旧三元正极材料的直接再生工艺，再生制得的三元正极材料的电化学性能较优。材料的首次放电比容量大于 140 mAh/g；大电流充放电性能优异，1C 放电比容量 129 mAh/g，循环 100 次容量保持率为 81.5 %。 应用领域：再生的三元正极材料可应用于储能电站电池、电动工具、3C 设备等电池，具有广阔应用前景、经济效益和社会效益。合作方式 技术转让或技术许可投资规模 1000～5000 万 平台建设单位： 中国科学院科技创新发展局 中国科学院办公厅 国科控股 中国科学院科技战略咨询研究院 --> 中国科学院成都文献情报中心 蜀ICP备05003827号-12 京公网安备110402500047号 网站标识码bm48000006 版权：中国科学院 主办：中国科学院科技创新发展局 承办：中国科学院成都文献情报中心 找错--> 微信小程序 --> 中国科学院知识产权信息

目前，商品锂离子电池的比能量一般为120～26 0Wh/kg。采用高电压镍锰酸锂正极材料的

合作方式 正极材料决定了动力电池的比能量、成本和安全性。目前，三元正极材料占动力电池成本的 合作形式另议 18%，且存在安全隐患。此外，高镍三元的加工性能较差，对生产环境的要求苛刻。因此，亟需研究 和开发新一代的高性能动力电池正极材料。 镍锰酸锂正极材料的工作电压可达4.7 V，具有优于三 投资规模 元材料的倍率充放电性能，材料不含钴，成本估算为5-6万/吨，显著低于三元正极材料，也明显低 于磷酸铁锂正极材料。以镍锰酸锂为正极的锂离子电池的比能量可达 200Wh/kg，与三元电池持 1000 万 ~5000 万 平，但成本更低，低温性能、倍率性能和安全性能更优。镍锰酸锂电池的工作电压较高，可达 4.7V， 高于三元的3.7V和磷酸铁锂的3.2V。较高的工作电压可降低电池组中串联电芯的数量，有利于简 化电池管理系统的设计。但是，4.7V的工作电压要求电池使用电化学窗口更宽(>5.0V）的电解质。 关键技术：（1）镍锰酸锂的固相合成技术和工艺；（2）与镍锰酸锂电池匹配的、电化学窗口 >5V的电解质。 技术指标：具有镍锰酸锂高电压正极材料及制备工艺、适配高电压电解质的自主知识产权， 目前已完成公斤级的小试生产技术开发，正在开展中试。项目开发的镍锰酸锂正极材料的比容量 130mAh/g（常温、0.5C）；高倍率充放电性能优异，20C和40C的放电比容量分别为 125mAh/g 和 120mAh/g；以 40C 倍率循环 500 次的容量保持率大于 83%；55℃、1C 充放电 500 次的容 量保持率大于 84%。电化学窗口 >5V 的电解质室温离子电导率 5*mS/cm，隔膜厚度≤30 微米。 应用领域：电动车、规模储能、电动工具、电动两轮车等，具有广阔的应用前景。

高比能超级电容器关键电极材料产业化技术研发

超级电容器作为一种非常重要的电化学储能器件，具有充放电时间短、使用寿命长、温度特性 好、维修成本低和绿色环保等优点，在智能电网、储能装置、动力电源系统以及诸多电子设备上有 着广泛的应用市场。超级电容器的发展核心在于获得高性能电极材料。本项目中，我们发展了化学 剥离法、模板法、活化等方法宏量制备出性能优异的石墨烯、石墨烯基碳材料、层次孔炭等材料； 同时，提出高倍率性能电极材料（如磷酸铁锂、磷酸铁锂/石墨烯正极材料、磷酸铁锂/ 石墨烯/ 石 墨正极材料、钛酸锂、钛酸锂/石墨烯和石墨烯@层次孔炭等负极材料）的新制备工艺，为百公斤 级批量化生产和产业化提供技术储备。 技术指标：单个器件的能量密度能达到20~60 Wh/kg，功率密度达到15 kW/kg，且具备良 好的循环稳定性和倍率性能。 应用领域：电动汽车辅助或主动力源、智能电网等。

高比能锂离子电池关键技术研发

锂离子电池具有高比能量、低自放电率、无记忆效应、循环寿命长等特点，成为轻便式电脑设 备、长续航电动汽车、空间储能等军民两用动力设备的主力军。随着科技的发展，我们对于电池的 比容量、比能量、寿命安全性等提出了更高的要求。本项目中，针对锂离子电池发展领域的技术难 点，通过一定的手段，实现对其关键电极材料控制制备，并通过不同电解液种类的开发，发展出具 有高比能的锂离子电池、锂硫电池以及固态电池等。 技术指标：开发大于230 mAh/g 高容量正极材料，负极材料比容量大于500mAh/g，研制高 比能锂离子、固态电池，且具备长寿命和高安全性能。 应用领域：轻便式电脑设备、长续航电动汽车、空间储能。

柔性化、微型化储能器件及其集成系统研发

可穿戴和便携式电子产品的快速发展，极大的促进了现代社会对高能量密度、轻量便携化、柔 性化储能器件的需求。本项目中利用自主研发的 MXene基高性能、多功能油墨，通过丝网印刷技 术构筑微型超级电容器、锂离子微型电池及压力传感器，并与柔性太阳电池进行功能集成，成功实 现了柔性光电-储-用一体化微系统的构建。同时，开发的双功能二维介孔材料成功用于微能源存 储及氨气监测，实现了自驱动、集成化气体传感微系统的构筑。从柔性微电极制备、高离子电导率 电解质开发、器件组装等几个方面成功开发出柔性化、平面型钠离子微型电池，研制出可高温稳定 工作的微型电池。目前，这些技术正在申请多项中国发明专利。 技术指标：可弯曲且对比容量基本无影响；器件形状、大小可调控；可在宽温区（-40-100 °C）条件下稳定工作；可实现多个器件的模块化集成以及功能性微系统的构筑，无需外加电源可 自驱动传感器；可适于规模化生产。从材料的制备及器件的工艺组装均具有原始创新性，具备自 主知识产权，技术成果达到了国际先进水平。 应用领域：在轻量便携化、可穿戴式、可植入式电子产品等方面均具有很好的应用前景。

安全、低成本、长寿命锌基液流电池技术

目前较为成熟的电化学储能技术主要包括液流电池、锂离子电池、铅酸电池等。近年来，特斯 拉等公司纷纷推出户用储能产品，瞄准的正是分布式储能这一市场。相比其他储能技术，液流电池 技术具有安全可靠、生命周期内性价比高、环境友好等优点。目前，以全钒液流电池为代表的液流 电池储能技术发展迅速，目前已经处于产业化推广阶段。但相比其他电池技术，全钒液流电池技术 存在一次性投入较高、能量密度较低的问题，不适合用与分布式及用户侧储能领域。开发低成本、 高安全性、高能量密度的适应于分布式储能领域的新型液流电池体系至关重要。 面向智能电网、分布式储能、用户侧储能需求，大连化物所储能技术研究部于2009年开始，逐 步开展了高能量密度、低成本锌基液流电池技术的开发。相继推出了锌溴液流电池技术、锌溴单液 流电池技术、锌镍单液流电池技术、锌碘液流电池技术、锌铁液流电池技术、锌溴蓄电池等一系列 基于锌作为负极的液流电池技术。在基础研究的同时，也积极与企业合作共同致力于锌基液流电 池的产业化开发。目前，各项技术均处于中试放大阶段。2018年，推出了基于用户侧的10KWh锌 基液流电池中试产品，千瓦时成本可控制在2000元人民币以内。，并随着规模生产的进行可进一 步降低成本。

宽温区、高功率钠离子电池技术

我们开发的宽温区、高功率钠离子电池可用于室温规模储能、中低速电动车、电动工具、军用 领域，如军用笔记本、单兵装备、军用通信后备电源、图传设备、测距设备、军用通信装置、军用便携 式能源、警用手持设备、特种机器人等领域。

水系蓄电池

本研究部开发的水系蓄电池，是按可充电二次电池设计。充电时利用外部的电能使内部活性 物质再生，把电能储存为化学能；需要放电时再次把化学能转换为电能输出。其电解液采用安全 性极高的水系电解液。独立研发，拥有自主知识产权，是在团队现有成熟技术的基础之上开发的新 一代升级产品。 应用背景：适用于深度放电，周期性充放电，静态固定分布式储能，户用型智慧储能终端等应 用场景。 技术优势：安全性高、发热量小、成本低<1元/ 瓦时、功率密度高（是铅酸电池的2.5倍）、 循环寿命长、不含重金属、环保、可修复、可重复利用、经济性好、可连续进行100%深度放电循环 等。 系统功能：室电/太阳能充电、系统运行自动控制、一键电池修复、可视化参数面板、轻便可 移动、使用方便等功能。电池系统设计灵活，可提供个性化服务。 取得的主要进展：1、实现了单片电芯的工程化试制；2、实现了由单节向多节电堆的工程放 大实验；3、完成了水系蓄电池组轻量化模型的试制；4、实现了主要关键部件的自主设计与大批 量生产；5、拥有独立自主的知识产权，申请国家发明专利7 项，授权1项；6、在中国科学院化物 所园区进行了实用化示范运行。电池运行稳定，搁置过程中无明显电压降，电池累积放电电量超过 10000 Wh, 累积运行时间超过3000 h。 目前技术指标：1、多节电堆，恒流充放，可循环2000次以上，平均能量效率为80%。 2、体 积功率密度为90 Wh/L（基于电解液体积）。

高温燃料电池/液流电池及其它二次电池用膜材料

本研究部针对不同体系开发出不同类型离子传导膜材料，在酸性条件下膜材料表现出高质子 传导率，离子选择性、可用于酸性体系液流电池、质子膜燃料电池。该膜材料特别适用于中高温燃 料电池，在140-180度范围内保持较高的质子传导率。同时具有耐温等级高（长期使用温度>350 度）、阻燃性能好、稳定性好与锂离子电池电解质溶液浸润性高，可有效提高锂离子电池安全性、倍 率性能。同时，研究团队针对碱性体系液流电池、水电解等开发出高导电性、高稳定性膜材料，具有 广阔的市场前景。 技术优势：中高温条件下质子传导率高、可用于燃料电池；耐温等级高、具有阻燃性能可以 用于锂离子电池，提高安全性。酸性、碱性介质中离子传导率高，可以用于酸/碱液流电池体系。和 传统聚苯并咪唑树脂比，具有更好的加工性能。 取得的主要进展：可实现膜材料树脂公斤级放大，年产吨级。 膜材料已实现放大，可连续生产， 幅宽可达60cm，长度可调，厚度可调。

新一代低成本、高功率密度全钒液流电池电堆

本研究部面向全钒液流电池储能系统开发新一代低成本、高功率全钒液流电池电堆。该电堆 采用研究团队自主研发的可焊接多孔离子传导膜，在电堆组装工艺中，打破了传统的组装方式，首 次将激光焊接技术应用于电堆组装工艺中，实现电堆自动化装配，降低密封等成本，电堆成本降低 40%。全钒液流电池储能系统主要可应用于：风能、太阳能等可再生能源发电配套用大规模储能； 集中储能电站；无电地区战略保障电源；用户侧节能和应急电源；区域智能微电网核心电源等。 技术优势 新一代低成本、高功率全钒液流电池电堆单堆功率可达 30kW 以上；激光焊接技术的引入不 仅提高了电堆的可靠性、同时提升了电堆装配的自动化程度，并减少密封材料的使用，大幅度降低 了电堆的密封成本。相对于传统的电池组装技术，膜材料实际使用面积减少 30%，减少了密封材料 的使用，新一代电堆工作温度提高，可降低系统换热管理成本；相比第一代全钒液流电池电堆，新 一代电堆成本降低 40%，具有显著的成本优势。 目前所处阶段 电堆结构工艺定型，可实现批量化生产。 可焊接膜材料已实现放大，可连续生产，长度可调，厚 度可调。

新一代全钒液流电池技术

储能技术是构建以新能源为主体的新兴电力系统、打造清洁低碳安全高效的能源体系，实现 碳达峰碳中和的关键技术支撑。在众多的储能技术中，全钒液流电池具有本质安全、超长寿命、生 命周期100% 容量保持等突出优势，是实现大规模高效储能的首选技术之一。近年来，中国科学院 大连化学物理研究所储能技术研究部在第一代全钒液流电池技术的基础上，为进一步提高电池功 率密度和可靠性，在关键材料、核心部件电堆及系统的关键科学与技术问题开展技术攻关，突破了 新一代全钒液流电池核心技术，实现了新一代可焊接膜材料和双极板的批量化制备，新一代可焊 接电堆的设计集成和应用示范，技术水平国际领先，已开展一系列5-10kW/20-30kWh户用侧储 能系统、100kWh 分布式储能系统、MWh 级规模储能系统的示范。共申报国家发明专利 200余件， 授权 80 余件，形成了较完整的自主知识产权体系。牵头并主要起草制定了包括首项全钒液流电池 国际标准在内的 18 项标准，引领全球液流电池技术发展，获得了同行高度认可，取得了显著的经 济社会效益。 应用领域：1、新能源消纳：改善间歇式电源接入性能，平抑输出功率波动，改善出力品质， 提高间歇式电源的可调度性；2、电网侧：提高电网对间歇式电源的“兼容性”，丰富调峰、调频手 段； 3、户用侧：用户可在电网负荷较小的情况下，利用电池充电，在电网负荷较大的时候，利用电 池进行供电，能够大大降低电网负荷，同时节约电力成本，优化供电可靠性，提高电能质量；4、工 业领域：提高钢铁、水泥、化工等企业的电能质量，作为系统无功补偿稳定电网电压的重要手段， 或者谷电峰用，节约用电成本；5、微电网领域：为工业园区、岛屿脱网运行提供支撑，建立智能可 靠的局域电网；6、备用电源：大型UPS 电源，做为国防、海岛、重要机房、通讯信号塔等重要负载 的备用电源。

磷酸盐基钠离子电池技术

合作开发 近年来，锂离子电池在动力电池和储能两大应用领域的占据份额逐年攀升。但因锂资源限制 （80%进口）造成了锂离子电池的关键材料成本大幅上涨，且欧美等国家已将锂资源均列为战略性 投资规模 资源，导致磷酸铁锂材料和三元材料的成本与日俱增。同时，铅酸电池也面临回收难题、性能偏低 500 万 ~1000 万 ( 不含 ) 等问题。 钠离子电池具有资源丰富、性价比高、安全性好等优点有望在中低速电动车及大规模储能领 域取代或部分取代锂离子电池和铅酸电池获得广泛应用。2022 年 2 月国家发改委能源局正式发 布《“十四五”新型储能发展实施方案》，将钠离子电池列为十四五新型储能核心技术装备攻关的 重点方向之一，并提出钠离子电池新型储能技术试点示范要求。因此，发展资源丰富型钠离子电池 技术已成为国家重大战略需求。聚阴离子型磷酸盐因结构稳定、钠扩散快、安全性高等优势成为高 比能、高比功率、高稳定性钠离子电池的优选正极材料。储能技术研究部在 2016年开始布局聚阴 离子型磷酸盐基钠离子电池技术。结合市场对新型储能电池在资源、成本、性能多方面的准入要求 考虑，团队瞄准中低速电动车和大规模储能应用领域的迫切需求，梳理并确立了高比能、高稳定性 V基磷酸盐和低成本Fe、Mn基磷酸盐基钠离子电池体系的技术发展路线。通过近5年的努力，实 现了磷酸盐基钠离子电池从基础研究探索到关键材料中试规模制备、大容量电芯器件和储能系统 集成的跨越。在基础研究方面，先后攻克了钠离子电池技术磷酸盐正极电导率低、稳定性差(Adv. Energy Mater. 2021, 11, 17, 2003725; Adv. Energy Mater. 2021, 11, 21, 2100627;ACS Energy Letters 2019, 4 (7), 1565-1571;Nano Energy. 2018, 47, 340

宽温区锂离子电池技术

宽温区锂离子电池技术主要是针对商业化锂离子电池在低温环境下充电难、效率低、容量低 等问题，储能技术部研究团队近年来一直致力于宽温区适用的关键活性材料开发；低阻、耐宽温、 高稳定性的电极设计制备；宽温区电池器件的设计制造和工艺优化等工作，突破了高性能活性材 料及电极制备技术，自主研制出2.5-20.0Ah不同型号的宽温区锂离子电池，可在-50℃~55℃的温 度区间内应用。其中，自主研制出 5.2Ah 级低温锂离子电池，在 -40℃低温 0.2C 充放电容量为额 定容量的 84.8%，能量密度达到 161.73Wh/kg；-40℃下 0.2C 充电 /1C 大电流放电容量为额定 容量的 81.9%，能量密度为 141.96Wh/kg；-50℃极低温下充放电的容量为额定容量的 67.1%。 该型号低温锂离子电池通过了具有中国合格评定国家认可委员会（CNAS）资质的中检集团南方 测试股份有限公司的三方测试。除了优异的低温环境充放电性能，5.2Ah 低温锂离子电池还通过 了国标（GB 31241-2014）、国军标（GJB 4477-2002）中的多项环境及安全项目测试。 宽温区锂离 子电池在高海拔、高寒、高热环境储能，深海深空作业、特种装备电源，极地科考、高原应急电源等 应用场景具有巨大的应用潜力。宽温区锂离子电池系统应用于我国北方地区用户侧储能领域，宽 温区场景储能，高寒地区的特殊装备电源，J用电源等领域具有广阔的应用前景。 研究团队开发的 10.5Ah级宽温区锂离子电池技术，在第六届中国创新挑战赛暨中关村第五届新兴领域专题赛中， 通过现场方案比拼和样品实测比拼获得优胜奖，并经需求单位和评审专家遴选晋级专题赛总赛， 获得总赛第三名。挑战赛实测结果显示，电池样品的在保证55℃高温搁置稳定的条件下，在-25℃ 下1C充放电的能量密度189.7Wh/kg，在-40℃下1C充放电的能量密

用户侧全钒液流电池系统

本研究部面向用户侧储能领域，开发应用新一代全钒液流电池技术电堆的用户侧储能系统， 系统规格5kW/20kWh。并可根据用户需求定制额定功率5-10kW，储能容量4-6小时的产品，以 满足不同的市场需求。该系统经实验室验证，能量效率＞85%，无维护状态0-100%容量充放电条 件下，500个循环内容量保持率＞95%。该用户侧全钒液流电池系统，应用了本研究部最新开发的 新一代低成本、高功率密度全钒液流电池电堆。采用了自主研发的多孔离子传导膜和激光焊接技 术，突破了传统的液流电池组装模式，实现了电堆的自动化装配，降低了密封与集成成本。自主研 发的BMS 电池管理系统，可自动根据不同工况实施控制策略，对系统进行主动调节，具有监控、预 警、紧急处置等功能，保障了该系统的安全运行。该用户侧系统主要可应用于与可再生能源联用的 用户侧储能系统、区域智能微电网的核心电源等。 技术优势 用户侧系统可满足高效率和高可靠性的要求，且几乎不需要维护。可根据用户需求进行系统 定制。新一代低成本、高功率密度全钒液流电池电堆，采用自主研发的非氟多孔离子传导膜和激光 焊接技术，大幅降低了电堆成本40%，提升了电堆的可靠性，实现自动化装配。 取得的主要进展：1）实现全钒液流电池电堆材料自主开发与电堆的小批量生产。 2）实现用 户侧全钒液流电池系统的小批量生产。

无溶剂静电喷涂电池极片生产装备

目前主流制备离子电池工艺为溶剂分散极片成分为均质浆料后采用狭缝涂覆头将浆料涂覆 到集流体表面，再经过干燥，辊压等工序得到电池正负极片。该方法因为需要大量毒性溶剂 N- 甲 基吡咯烷酮，需要对该溶剂进行干燥与回收，占用了大约51%的生产耗能，且溶剂会带来比如干 燥工程分层、涂层厚度上限过低、材料适应性差、压实密度低、极片物理性能差等问题。因此，团队 提出采用无溶剂的静电喷涂方法将功能材料均匀包覆的活性材料颗粒直接喷涂至集流体上的工 艺。该工艺不仅可以避免溶剂的干燥回收工序，更可适用于更广泛的电池电极- 电解质材料，为纯 固态电池与金属负极电池方向的开发提供可行方案。目前项目处于小试阶段，设计生产线目标达 到0.3m 宽幅 1m/s 的生产速率，产品性能在采用商用NCM811 活性材料在4.2Ah软包电池可获 得460Wh/kg 能量密度。中试设计产能达到性能达到1.0m 宽幅2m/s 的生产速率，可以达到年产 100 吨镍钴锰NCM811正极片，可用于生产11万千瓦时的储能或者动力电池。 应用领域 当前下一代离子电池，特别是纯固态电池。该方法可与静电纺丝技术结合制备新一代陶瓷隔 膜。

成套技术 合作开发

千百年来，人类对宇宙充满了无限向往，一直没有停下探索的脚步，随着科学技术的进步，人 类的脚步越走越远，深空、深海、深地、两极逐渐成为了新的目标，上述极端环境应用场景的探索通 常与重要的科研活动和重大的国家战略需求紧密关联，确保极端环境下的装备优势变得至关重 要。开发满足不同极端环境条件下应用需求的电池技术具有重要科学价值和重大战略意义。 极端 条件下的科研活动需要面临极低温、高温、宽温区、高气压与高水压、低气压、紫外和宇宙射线辐 照、极高加速度、盐雾环境等多种环境。极端环境条件对电子设备和装备的能源系统提出了更严苛 的挑战。现有电池和超级电容器技术在极低温下、高温下、深空、深海、深地、强辐射等环境下无法 正常工作，容易失效，相关的基础科学知识和关键技术在全球范围内都非常欠缺，原创成果也较为 缺乏。探索极端环境下电池的热力学、动力学和稳定性等基础科学问题，开发新材料、新技术、新器 件和新系统，既具有重大的科学意义，也具有重大的应用价值，将是未来技术竞争的高峰。 电解液是储能系统必不可少的组成部分，开发极端环境下的可稳定工作的电解液具有重要意 义。离子液体具有高的电导率、宽电化学窗口、在极宽的温度范围内具有不挥发、不易燃和绿色环 保的特点，特别适用于极端环境（如高温、高真空）中，通过合适的溶剂复配又可满足极低温环境， 所以开发基于离子液体的电解液体系，不仅具有极高的科学价值也必将具有极高的经济价值。 通过本项目的实施，拟实现以下目的：（1）形成100吨级离子液体生产技术工艺包，建成一条 10 吨级示范生产线。（ 2） 研发1种及以上高离子导电率高、高温稳定的低成本高压离子液体基电 解液，使其在高温（120℃）条件下电化学窗口≥3.8 V，液程：-85℃-300℃，水含量≤10 ppm。（3） 研制出基于离子液体电极液的高比能、耐高温和耐高压的圆柱型或软包超级电容，充电电压≥2.

柔性相变材料膜

相变储能材料能够在恒定温度下吸收和释放大量潜热，可作为一种高效热能储存与温度控制 介质广泛应用于电子器件热管理领域。然而，传统相变储能材料一般利用其固液相变行为进行储 能与控温，固相材料因刚性大而不具备柔性，液相材料在相变过程中会发生泄漏，无法应用于柔性 可穿戴器件热管理。 为解决这些问题，通过化学聚合的方法获得了一种柔性相变储能材料膜。该相变材料膜具备 表观的固-固相变特性，相变焓和相变温度在5-60°C温度范围内可调，冷热循环1000次后仍然 表现出稳定的相变性能。更重要的是，该相变材料膜表现出优异的本征柔韧性，可折叠或裁剪成任 何形状，可制备大尺寸膜，为大规模制备柔性相变材料膜提供了可能。该相变材料膜可与开发的柔 性石墨烯膜集成得到柔性热管理器件，可在不同温度、光照及电加热情况下表现出优异的温度控 制、光热转化及电热转化性能，最高电- 热转换效率可达94%；进一步将大尺寸柔性热管理器件 缝制到衣服上，在人体弯曲动作中该柔性器件仍然保持稳定的热管理性能，可在开发下一代柔性 可穿戴热管理器件方面具有重要的应用前景。 本成果已申请多项国家发明专利。

“智慧储能”——实施电能替代的关键技术支撑

必要性及需求分析: 随着经济发展和人口增加，能源短缺、气候变化等问题日益突出。尤其近几年我国大部分省份冬春季频繁发生严重雾霾，引起全社会对环境保护的关注以及对能源发展方式的反思，为构建与能源发展方式转变和能源战略转型相适应的绿色能源消费模式，国家电网公司提出实施“以电代媒、以电代油、电从远方来”的发展战略，推动电能替代工程。“智慧储能”技术就在此大背景下研发成功，系统产品的应用实质是对现有能源的合理全部利用不浪费，可应用于电能替代、风电供暖、电网调峰等国家电网涉及的几乎所有技术领域。 目标及主要任务: 目前全球大多数国家热能的消耗是电能的两倍，中国也是如此，现阶段热能供应的主要方式还在依靠燃煤和燃气。而利用“智慧储能”技术，可以在不增加电网负担的情况下将夜间的谷电及弃风电消纳，通过技术手段转化为热能存储下来，再根据用户的不同需求，通过与水的换热产出热水进行供暖或者产出蒸汽进行工业供热。“智慧储能”技术的应用，可显著降低燃煤燃气的使用，从而有效治理雾霾，同时还提高了用电效率。 现有工作基础: 淮南中科储能科技有限公司研制的10MWht中试储热实验平台，设计合理、建造精良，调试成功，可连续稳定产生过热蒸汽；该实验平台曾试运行达40多天，利用夜间谷电，成功实现为3000m2学生公寓冬季供暖；试运行期间，系统整体保温效率达到98%，工作区间内介质始终保持液体状态，流经的管道系统气体压力为常压，这就使得“智慧储能”技术在电能替代工程的应用上具备了技术保证。 预期经济和社会效益: “智慧储能”技术不但可应用与电能替代，还可应用于风电供暖及电网调峰；我国国土幅员辽阔，国家电网遍布城乡，涉及每

高性能钠硫储能电池

必要性及需求分析 能源和环境是人类跨入二十一世纪所面临的两个严峻的问题。发展节能、储能技术以及开发新型零排放的动力蓄电池替代传统燃油发动机，已经受到全球各国政府的广泛关注。采用Na-β-Al2O3陶瓷作为隔膜部件的高能量高放电电流密度电池（Na/S电池），同时具有高功率密度、长循环寿命、无自放电现象、100％的库仑效率以及其本身活性物质无毒无害等突出优点，是先进的高效和绿色环保能源, 作为能量存储用于削峰填谷以及纯电动/混合动力汽车电源，有难以匹敌的优势和广阔的应用前景。 钠硫电池运行在高温(270至350℃), 负极活性物质为熔融金属Na, 正极活性物质为熔融的单质S, 正负电极间采用固体电解质β-Al2O3，理论比能量为760Wh/kg, 电源电动势为2.076V。作为电池的隔膜，至今研究表明β-Al2O3陶瓷难以被其他材料代替。由于Na/S电池能否研发成功以及其性能好坏，完全决定于钠离子导体β-Al2O3固体电解质的获得及其性能优劣，因此高性能的β-Al2O3固体电解质的获得是制造该类电池的技术前提。实际上，高性能β-Al2O3固体电解质管的制备技术是制造该类高温电池的技术瓶颈。从电池结构的特点可以看出，高活性钠和高腐蚀性S及多硫化钠（放电产物）储存和密封也是必须解决的关键技术问题，否则它们会直接影响电池的寿命及安全性。 中科院固体物理研究所成功突破了制备β-Al2O3陶瓷技术，掌握了动态烧结技术和批量化静态烧结技术，达到国际先进水平。成功地进行了陶瓷玻璃封接、金属与陶瓷连接。目前正在组装商业化（工业化）电池，实现客户需求的电池组。 二、目标及主要任务 （1）目标 突破高

晶须碳纳米管在储能器件中的应用研究

摘要待完善