动力电池技术创新及产业发展战略

1. 院士团队领衔，作者为参与过动力电池领域国家重大项目的一线专家，起点高、实用性强，具有很高的战略咨询价值。 2. 20余次调研或会议讨论，200余人次动力电池领域专家献言献策，内容翔实丰富，指导性强，为国家动力电池及电动汽车决策提供准确、前瞻、及时的咨询意见和建议。 3. 力求从动力电池前沿基础研究与产业应用技术对国内外动力电池的现状与发展趋势进行全方位梳理、全链条覆盖、全角度解读，兼顾关键科学理论与实际工程应用，不仅立足于解决动力电池行业的中短期目标，还针对包括锂硫电池、全固态电池在内的下一代技术革命性的高端技术研发，旨在勾勒前瞻性基础研究、革命性高技术研发和产业发展全景图在内的动力电池近、中、远期发展路线图。 4. 广大从事动力电池研究和生产的高等学校、科研机构、企事业单位科技工作者，也可以为政府相关部门、投融资企业确定产业规划蓝图提供重要参考和清晰指引。

随着人类社会的迅速发展，传统化石燃料的大规模开发与使用带来了突出的环境问题和生态破坏，能源危机和环境恶化已然成为人类社会必须面对的巨大挑战。建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系是我国“十三五”规划中的重点任务。以新能源为基础构建能源互联网络，积极推进“电动中国”计划对我国摆脱对进口石油等化石能源的依赖，保证能源结构安全有重要意义。其中以新能源汽车为代表的电动交通工具是推动现代能源储运网络建设的重要组成部分，也是我国交通制造产业转型升级的一个突破口。目前全球新能源汽车知识产权的壁垒尚未形成，国际标准在制定，规模化生产正在酝酿，竞争格局尚未完全成形，发展新能源汽车等电动交通工具是促进我国产业转型升级、抢占国际竞争制高点的紧迫任务，也是我国由制造业大国迈向制造业强国的必由之路。
动力电池是新能源汽车、电动船舶等电动交通工具最为核心和关键的部分。得益于我国新能源汽车的大力推广应用，我国动力电池产业蓬勃发展。目前已有众多的动力电池及其关键原材料研发机构和生产企业，技术日渐成熟，形成了全球最为完整的动力电池生产企业产业链。尤其是以宁德时代（CATL）和比亚迪（BYD）为代表的电池厂商在全球动力电池市场份额得到了快速提升。整体上，我国动力电池产业规模及市场份额已排在全球首位。然而，中国动力电池技术产业并未处在领跑状态，在部分关键材料开发、先进检测技术及智能制造技术等领域与日韩等国际先进水平仍存在一定的差距。认清我国在动力电池领域的优势和不足，提出解决技术和产业化“卡脖子”难题的途径，对未来我国在动力电池领域实现全方位领跑具有重要意义。
依托于中国工程科技发展战略天津研究院重大项目，在陈立泉院士主持下，天津大学杨全红教授与中国科学院物理所、天目湖先进储能技术研究院李泓研究员组织清华大学深圳国际研究生院、南开大学等团队从动力电池前沿基础研究、产业发展现状、智能制造技术、先进检测技术、标准制定与政策等方面系统梳理了国内外发展现状，形成了一份极具价值的战略咨询书稿。本书的目的是提高读者对动力电池领域的认识，了解动力电池的基础研究与产业技术进展，为动力电池行业的发展提供理论支撑、技术支持和前瞻性建议。
本书围绕动力电池领域的前沿技术与产业发展，系统阐述了动力电池前沿技术与全产业链的现状与发展趋势，总结了中国锂电技术、产业分布特点和发展路线图，并在此基础上提出了编写者对该动力电池领域的一些思考，提出了前瞻性战略建议。本书共分7章，第1章简述了动力电池的发展背景与技术产业现状；第2章从前沿基础研究和产业技术角度系统介绍了动力电池原材料、材料、电芯、模组和系统，以及梯次回收利用的国内外发展现状；第3章阐述了智能制造技术分析与生产力需求分析，并绘制了中国锂电设备企业地图；第4章详细讨论了动力电池领域的先进检测技术与标准；第5章重点进行了动力电池产业政策解读，介绍了人才项目支撑及产学研模式分析；第6章从全球动力电池发展、新电池体系、车型导向、智能装备技术讨论了动力电池的未来发展趋势与战略规划；第7章基于前述的内容调研与分析，对动力电池的前沿技术和产业发展提出了前瞻性战略建议。
本书内容翔实丰富，力求从动力电池前沿基础研究与产业应用技术对国内外动力电池的现状与发展趋势进行全方位梳理、全链条覆盖、全角度解读，兼顾关键科学理论与实际工程应用，不仅立足于解决动力电池行业的中短期目标，还针对包括锂硫电池、全固态电池在内的下一代技术革命性的高端技术研发，旨在勾勒前瞻性基础研究、革命性高技术研发和产业发展全景图在内的动力电池近、中、远期发展路线图，为国家电动汽车决策提供准确、前瞻、及时的咨询意见和建议。
项目调研过程组织讨论会议及调研活动20余次，与200余人次动力电池领域专家就动力电池的发展现状、产业技术水平、前沿技术发展趋势和重大技术突破方向进行了广泛研讨。由于篇幅原因，未能一一列出各位专家，在此对提供宝贵咨询建议的老师和专家学者致以最诚挚的谢意。特别感谢中国化学与物理电源行业协会及刘彦龙秘书长对调研工作及本书成稿过程中给予的帮助。
本书参编者皆为动力电池领域的一线专家、学者，详见编写人员名单，感谢参与编写的全体同志！
由于动力电池领域仍在快速发展，新理论、新技术不断涌现，加之著者经验不足，书中不妥之处在所难免，希望专家和读者提出宝贵意见，以便及时补充和修改。

编　者
2021年6月

陈立泉院士
中国科学院物理研究所研究员。曾任亚洲固体离子学会副主席和中国硅酸盐学会副理事长。
在中国率先开展锂电池及相关材料研究。在国内首先研制成功锂离子电池。解决了锂离子电池规模化生产的科学技术与工程问题,实现了锂离子电池的产业化。近年来,开展了全固态锂电池、锂硫电池、锂空气电池、室温钠离子电池和固体氧化物燃料电池中的物理化学过程及相关材料的设计、合成、表征、物理和电化学性能及其应用研究,为开发下一代动力电池和储能电池奠定了基础。曾获国家自然科学一等奖、中科院科技进步特等奖和二等奖,2007年获国际池材料协会终生成就奖。
2001年当选为中国工程院院士。



杨全红教授
天津大学化工学院讲席教授、博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者,教育部“长江学者”特聘教授,“万人计划"领军人才,科睿唯安“全球高被引科学家”和爱思唯尔“中国高被引学者”。从事碳功能材料、新型二维材料和先进电池研究,在致密储能和锂硫催化方面取得进展。获国家技术发明二等奖和天津市自然科学一等奖等奖项。担任 Energy Storage Materials 副主编, Carbon 和 Science China Materials 等10余份刊物编辑和编委。发表 SCI 论文200余篇,他人引用25000余次, H 因子88。拥有中国和国际授权发明专利40余件。



李泓研究员
中国科学院物理研究所研究员,主要研究方向为高能量密度锂离子电池、固态锂电池、电池失效分析、固态离子学,目前是科技部先进能源领域储能方向主题专家,工信部智能电网技术与装备重点专项总体组专家和项目责任专家,国家新能源汽车创新中技术专家委员会委员。《储能科学与技术》常务副主编,中国化工学会储能工程专委会副主任、中国能源研究会储能专委会副主任。国际固态离子学会、国际储能联盟科学执委会等组织成员。

《动力电池技术创新及产业发展战略》依托于中国工程科技发展战略天津研究院重大项目，在陈立泉院士主持下，天津大学杨全红教授与中国科学院物理所、天目湖先进储能技术研究院李泓研究员组织清华大学深圳国际研究生院、南开大学等单位从动力电池前沿基础研究、产业发展现状、智能制造技术、先进检测技术、标准制定与政策等方面系统梳理了国内外发展现状，并解读了动力电池产业政策及产学研模式；最后对动力电池的未来发展趋势与战略规划及产业发展提出了前瞻性战略建议，形成了一份极具价值的战略咨询书稿。本书共分7章，内容翔实丰富，数据准确全面，参编人员均为动力电池产学研用一线科技工作者，使得本书具有科学性、实用性和前瞻性，可为广大从事动力电池研究和生产的高等学校、科研机构、企事业单位及从业者提供学术内容支撑，也可以为政府相关部门确定产业规划蓝图提供重要参考和清晰指引，为引领我国技术、人才、资金等创新资源向动力电池产业及相关领域进行有效集聚提供参考借鉴。

第1章　绪论	001
1.1　动力电池发展背景	001
1.1.1　动力电池的起源	001
1.1.2　动力电池的发展历程	002
1.1.3　动力电池的前景	006
1.2　动力电池技术和产业现状	007
1.2.1　动力电池技术现状	007
1.2.2　动力电池产业现状	010
参考文献	014

第2章　动力电池技术与产业	015
2.1　动力电池原材料技术与产业	015
2.1.1　原材料前沿技术	015
2.1.2　原材料产业技术	028
2.1.3　原材料产业现状	049
2.1.4　原材料技术与产业分析	068
2.2　动力电池材料技术与产业	074
2.2.1　电池材料前沿技术	074
2.2.2　电池材料产业与技术	119
2.3　动力电池电芯技术与产业	136
2.3.1　电芯前沿技术	136
2.3.2　电芯产业与技术	163
2.3.3　电芯前沿技术总结	188
2.4　动力电池模组和系统	192
2.4.1　电池包及电池管理系统（BMS）的主要组成及基本功能介绍	192
2.4.2　电池热管理技术	195
2.4.3　不同结构电芯的模组装配技术	198
2.4.4　模组与系统技术现状综述	202
2.4.5　中国企业地域分布	206
2.5　动力电池梯次回收利用	210
2.5.1　梯次回收利用技术现状	210
2.5.2　梯次回收利用市场	213
2.5.3　中国动力电池回收企业分布	217
2.5.4　国内外优势企业介绍	218
参考文献	219

第3章　智能制造技术与产业	226
3.1　智能制造技术分析	226
3.1.1　智能制造的内涵及意义	226
3.1.2　智能制造的系统架构	226
3.1.3　智能制造关键技术及其在动力电池行业的应用	227
3.1.4　动力电池制造设备技术分析	229
3.2　智能制造生产力需求分析	233
3.2.1　动力电池产业概况	233
3.2.2　动力电池制造设备的竞争格局	236
3.2.3　动力电池制造装备发展趋势	238
3.2.4　动力电池行业智能制造案例	241
3.3　中国锂电设备企业分布情况	242
参考文献	243

第4章　先进检测技术与标准	244
4.1　先进测试技术	244
4.1.1　谱学技术	244
4.1.2　电镜技术	247
4.1.3　大科学先进表征技术	251
4.1.4　先进表征技术国内外发展	261
4.2　测试技术与标准	266
4.2.1　测试技术与标准发展现状	266
4.2.2　电芯测试标准	268
4.2.3　电芯测试技术	270
4.2.4　系统测试技术与标准	276
4.2.5　动力电池测试标准的不足	281
4.2.6　失效分析技术	282
4.3　测试技术分析	288
4.3.1　测试技术对比分析	288
4.3.2　测试标准发展规划	290
参考文献	292

第5章　动力电池产业政策与产学研合作现状	295
5.1　动力电池产业政策解读	295
5.1.1　政策统计	295
5.1.2　政策分析	298
5.2　我国国家项目支持情况	301
5.2.1　科研项目介绍与汇编	301
5.2.2　科学与技术获奖情况	306
5.2.3　人才及科研领军人物	307
5.3　产学研模式分析	308
5.3.1　企业拥有自主独立的研发机构	308
5.3.2　联合多方在企业共建研发平台	309
5.3.3　组建产学研战略联盟	309
5.3.4　搭建科技成果转化和孵化公共服务平台	309
5.3.5　科研院所设立产业技术研究院	309
5.4　政策和路线建议	310
5.4.1　政策建议	310
5.4.2　路线建议	312
参考文献	313

第6章　动力电池发展趋势与战略	314
6.1　《中国制造2025》技术路线图	314
6.2　全球动力电池发展趋势与战略	315
6.2.1　全球动力电池材料技术路线图	315
6.2.2　全球动力电池技术路线图	316
6.3　新电池体系电池技术发展趋势	317
6.4　车型导向动力电池趋势与战略	320
6.4.1　世界各国电动汽车发展规划	320
6.4.2　动力电池下游应用概况	333
6.4.3　2020—2030年中国电动车市场的发展预测	342
6.5　智能装备技术发展趋势与战略	359
6.5.1　动力电池智能制造技术发展趋势	359
6.5.2　动力电池智能制造产业发展趋势	361
6.5.3　动力电池智能制造发展战略	362
参考文献	363

第7章　发展与展望	365
7.1　前沿技术发展总结	365
7.1.1　前沿技术发展现状	365
7.1.2　前沿技术发展建议	367
7.2　先进产业发展建议	370
7.2.1　持续发展锂离子电池产业	371
7.2.2　推进固态锂（离子）电池产业发展	373
7.2.3　持续钠离子电池产业技术发展	374
7.2.4　持续发展智能制造产业	374
7.2.5　测试技术及标准发展趋势	375
7.3　政策支持建议	377
参考文献	378