项目名称：新型二次电池及相关能源材料的基础研
究
首席科学家：吴锋北京理工大学
起止年限：2009.1至2013.8
依托部门：国家工业和信息化部
一、研究内容
随着微电子、信息和新能源技术的飞速发展，对二次电池性能提出了越来越高的指标要求，而现有电池体系在能量密度和功率密度等方面的提升空间有限，迫切需要发展基于新构思、新材料和新技术的二次电池新体系。
本项目根据项目的总体设想，以大幅度提高二次电池的能量密度、功率密度和安全性为目标，围绕轻元素化合物多电子反应实现途径、快速电极反应过程与相关材料和应用环境下电池材料与性能的演变三个关键科学问题，进行以下方面的深入系统研究：
1．轻元素化合物的电化学反应性质。
以具备多电子反应潜力的轻元素化合物为重点研究目标，研究这类化合物的电化学反应性质和影响反应可逆性的因素与解决途径，构建高能量密度二次电池新体系。
2．快速电极反应过程与相关材料。
对于已知的快速电化学氧化还原反应，探索符合电池应用的材料体系，研究这类新材料的电荷转移与传输的动力学性质，适宜的电极结构和电解质体系，揭示相关反应机理，发展可实用化的高功率二次电池体系。
3．二次电池安全性机制与控制技术。
研究高容量与高功率电池在应用环境或滥用条件下自身安全保护的机制，研究电池添加剂，解决有机溶剂电池的可燃性和气胀，重点研究内禀式、自激发、可逆性的安全机制。
4．材料的表面结构与功能调控。
研究用于电极材料化学稳定性、热稳定性、形态稳定性的表面修饰方法；抑制电池副反应和改善充放电效率的材料表面改性方法；典型电极材料体系的表面结构与应用性质。
5．电池性能演变过程的研究。
研究电极活性材料和电极结构在长期循环下微结构变化的机制及其与性能变化的关系，不同荷电状态下材料结构和电极结构的演变规律，电极结构和状态的准确表征和智能控制。
6．二次电池的资源利用与环境保护。
结合我国资源状况，研究和选择高性价比的电极材料，探索其在现有二次电池体系中的应用；探索电池修复与再生的有效技术途径，进行电池材料的资源再生处理，实现资源的有效利用。
7．二次电池检测新原理与节能技术。
研究数字化高频开关恒流源的优化拓扑结
构，结合仿真模型实现最优控制。
在此基础上研究电池放电能量回馈的机制及能量传输规律，解决电池放电能量利用的关键技术问题。
8．非传统二次电池体系。
研究“极限”能量密度的二次电池，探索高功率二次电池反应的新模式，研究新的电解质材料和电池制备技术，探索非传统的二次电池结构。
二、预期目标
通过本项目的实施，在二次电池的材料和技术研究领域取得重大突破：解决二次电池向高能量密度发展的原理性和方向性问题，提高我国在这一领域的理论研究水平和技术创新能力；阐明超高功率二次电池的实现方法，为混合动力汽车等重大应用提供技术支持；建立系列内禀式自激活保护技术，为高能量和高功率电池的应用提供安全解决方案，并探明二次电池资源化有效利用和能量回收技术途径。
总体而言，在新材料、新技术和新体系研究领域取得一批国际前沿水平的研究成果，获得一批具有自主知识产权的专利成果，进一步提升我国在二次电池及其应用领域的国际竞争力。
同时，培育若干具有国际影响的年轻学术专家，为我国能源材料和化学电源学科的发展提供人才支撑。
三、研究方案
(一). 总体研究思路
本项目以大幅度提高能量密度、功率密度和安全性为研究目标，通过发展新材料和新体系作为实现途径。
在实施过程中，充分利用各课题单位已有的研究成果和优势，集中理论分析、实验设计与测试表征力量，重点围绕轻元素化合物多电子反应体系、快速电极反应体系、电池自激活安全性机制进行深入研究，在原理和技术创新上率先取得突破，引导带动其他课题实现项目的总体目标。
(二). 创新点
1)在前期研究中，我们提出了利用多电子反应构建高能量密度二次电池新体系
的创新思想，本项目提出的“轻元素化合物多电子反应”电池体系是这一思想的深入和延伸，所研究的新材料体系和电池体系均属于原始性创新。
2)本项目提出的两类高功率电池材料和实现方式－自由基聚合物反应和薄液
层氧化还原反应，属于原理性的创新。
这两类新构思体系经过理论分析和实验验证，可望在充放电速率方面较传统电池有大幅度的提高。
3)本项目提出的系列内禀式自激活电池安全性保护机制，利用电活性聚合物隔
膜的电阻突变对电池电压实施控制，利用电极温度敏感组分对电池内部温度进行控制，为技术原理性创新。
(三). 课题设置
为了实现总体研究目标，本项目围绕关键科学问题的研究，设置了8个课题：
课题1. 高能量密度的二次电池新体系
承担单位：北京理工大学①
课题负责人：吴锋①
课题2. 快速电极反应过程及相关材料
承担单位：厦门大学①
课题负责人：孙世刚①
课题3. 二次电池安全性机制与控制技术承担单位：武汉大学①
课题负责人：杨汉西①
课题4. 材料的表面结构与功能调控
承担单位：中科院物理所①
课题负责人：王兆翔①
课题5. 电池性能演变过程的研究
承担单位：清华大学①
课题负责人：邱新平①
课题6. 二次电池的资源化与环境保护承担单位：北京理工大学①
课题负责人：李丽①
课题7. 二次电池检测新原理与节能技术承担单位：哈尔滨理工大学①
课题负责人：李革臣①
课题8. 非传统二次电池体系
承担单位：南开大学①
课题负责人：高学平①。