超越傳統(tǒng)的電池體系重大研究計劃2025年度項目指南
超越傳統(tǒng)的電池體系重大研究計劃
2025年度項目指南
超越傳統(tǒng)的電池體系重大研究計劃面向“雙碳”戰(zhàn)略和國家安全的重大需求，針對儲能電池與動力電池在能量密度、功率密度、安全性、環(huán)境適應(yīng)性、資源與成本等方面面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題和技術(shù)瓶頸，發(fā)展超越傳統(tǒng)的電池體系和相關(guān)理論，為我國下一代電池創(chuàng)新發(fā)展提供科學(xué)支撐。
一、科學(xué)目標
聚焦電池體系的能量與物質(zhì)可控輸運規(guī)律，突破傳統(tǒng)平板電極界面電荷層理論、“搖椅式”嵌脫儲能機制、傳統(tǒng)電池材料體系與架構(gòu)以及當前研究范式等，發(fā)揮多學(xué)科交叉融合研究優(yōu)勢，圍繞超長壽命、高穩(wěn)定性儲能電池與超高比能動力電池新體系創(chuàng)新，取得前瞻性基礎(chǔ)研究成果，引領(lǐng)全球電池科技變革，支撐我國“雙碳”戰(zhàn)略和能源科技自立自強。
二、核心科學(xué)問題
本重大研究計劃圍繞以下三個核心科學(xué)問題展開研究：
（一）多場耦合下的電子、離子、分子等多物種輸運規(guī)律。
電池體系中物種的運動規(guī)律與輸運理論，多物理場（電、磁、力、熱、光等）耦合的多子傳輸與動態(tài)反應(yīng)機制。
（二）跨尺度、多結(jié)構(gòu)的能量-物質(zhì)傳遞與轉(zhuǎn)化規(guī)律。
電池體系中物質(zhì)與能量輸運的多尺度環(huán)境演變行為，多相微環(huán)境中電化學(xué)活性位點的協(xié)同機制和構(gòu)效關(guān)系，電池全生命周期的結(jié)構(gòu)演變規(guī)律。
（三）帶電界面的相互作用與調(diào)控機制。
能量高密存儲與高效轉(zhuǎn)化的電池體系中電極與電解質(zhì)表界面的作用機制，電池帶電界面調(diào)控和性能提升規(guī)律。
三、2025年度資助研究方向
（一）培育項目。
圍繞上述科學(xué)問題，以總體科學(xué)目標為牽引，對于探索性強、選題新穎、前期研究基礎(chǔ)較好的申請項目，將以培育項目的方式予以資助，研究方向如下：
1.電池新概念及新結(jié)構(gòu)。
針對現(xiàn)有電池體系在安全、壽命、續(xù)航能力、充電時間、環(huán)境適應(yīng)性等方面的瓶頸問題，從電極設(shè)計、電芯構(gòu)筑、模組集成、電池組管理等方面提出新概念和新結(jié)構(gòu)。鼓勵申請人提出超越傳統(tǒng)電池體系的原創(chuàng)性電池概念、新的能量儲存與轉(zhuǎn)換的物理化學(xué)機制，提出與當前電池體系有本質(zhì)區(qū)別的結(jié)構(gòu)體系與發(fā)展路徑，發(fā)掘能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)輸運、穩(wěn)定性、安全性之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律與變化趨勢，闡明電池新結(jié)構(gòu)的能質(zhì)傳遞與轉(zhuǎn)化調(diào)控規(guī)律。
2.電池新理論及人工智能方法。
針對傳統(tǒng)雙電層理論和空間電荷層理論無法精準描述恒定電極電勢、恒定離子強度、非平衡態(tài)、離子極化場、復(fù)雜界面雙電層等電化學(xué)屬性的問題，發(fā)展針對復(fù)雜電池體系原位、動態(tài)結(jié)構(gòu)和過程的精確、高效計算新方法和計算工作流，提出新理論；發(fā)展基于第一性原理的多物理場電化學(xué)雙電層仿真方法，建立從微觀到介觀的跨尺度電化學(xué)理論模型；探明多物理場耦合下的電荷轉(zhuǎn)移新機制，研究流體電池熱質(zhì)傳遞和電化學(xué)反應(yīng)耦合過程，構(gòu)建電池全生命周期全要素數(shù)字孿生系統(tǒng)和碳足跡模型。通過高通量計算以及實驗數(shù)據(jù)，發(fā)展針對正負電極、電解質(zhì)特定性質(zhì)的機器學(xué)習模型，挖掘、設(shè)計電池新材料；篩選可精確描述電池特性的描述符體系，利用機器學(xué)習模型，精確評估、預(yù)測電池全生命周期參數(shù)，明晰電池衰減以及失效機制，建立電池安全性預(yù)警策略。
3.電池新表征方法及機制。
針對傳統(tǒng)表征技術(shù)難以研究真實工況下電池的問題，發(fā)展先進的原位、工況表征新方法，揭示真實條件下電化學(xué)反應(yīng)機理，闡明電極材料結(jié)構(gòu)組成、電解液與界面微觀結(jié)構(gòu)及動態(tài)演變規(guī)律；研制基于量子傳感的電化學(xué)表征分析測量綜合系統(tǒng)，探索量子傳感捕捉電極材料原位工況條件下的磁性變化規(guī)律以及微區(qū)壓力與溫度探測新方法；建立表征數(shù)據(jù)可靠性的質(zhì)量管理體系；研究電池傳感響應(yīng)特性，開發(fā)電池無損-工況-全范圍檢測方法；探索超低溫、超高溫、微重力、強沖擊、強輻照等極端條件下電化學(xué)反應(yīng)過程和機制。
4.電池新材料及創(chuàng)制策略。
針對現(xiàn)有電池材料在能量密度、功率密度以及安全性、壽命、成本等方面的不足，突破傳統(tǒng)電池材料性能和資源瓶頸，開發(fā)基于豐產(chǎn)元素的高比能電池新材料，基于稀土材料增效的新型電極材料體系，高安全寬溫域阻燃液態(tài)和固態(tài)電解質(zhì)，安全且高效的電極材料和關(guān)鍵輔材，超輕質(zhì)、耐高溫、抗沖擊電池組安全防護材料體系。結(jié)合電池材料基因數(shù)據(jù)庫和智能算法，發(fā)展自動化制備和實驗驗證技術(shù)，實現(xiàn)電池關(guān)鍵材料及配方的理性設(shè)計和自動化實驗驗證的智能閉環(huán)。
5.顛覆性電池儲能新體系。
提出區(qū)別于基于傳統(tǒng)能質(zhì)轉(zhuǎn)化機制的電池體系，鼓勵創(chuàng)制顛覆性能量儲存新體系，發(fā)展基于新的能質(zhì)轉(zhuǎn)化原理與能量賦存形式的儲能器件，闡明儲能機制與性能特性的關(guān)聯(lián)，驗證新型儲能電池體系實現(xiàn)路徑和可行性，例如極端環(huán)境同位素儲能電池、量子儲能電池、相變儲能電池、智慧儲能電池等非常規(guī)儲能體系。
（二）重點支持項目。
圍繞前沿科學(xué)問題和產(chǎn)業(yè)重大需求，以總體科學(xué)目標為牽引，對于前期研究成果積累較好、對總體目標有較大貢獻的申請項目，將以重點支持項目的方式予以資助，鼓勵與企業(yè)聯(lián)合申報，研究方向如下：
1.電池共性科學(xué)問題解析與解決對策。
針對現(xiàn)有電池體系中長期循環(huán)面臨的金屬負極可逆性差、枝晶生長難控、界面易失效與電池安全風險高、極端環(huán)境服役受限等共性基礎(chǔ)科學(xué)問題，發(fā)展人工智能輔助的工況環(huán)境全電池高維復(fù)雜物理模型和高時空與能量分辨的工況條件原位“透明”探測方法，精細表征電池充放電過程金屬負極微觀形核跨尺度生長機制，基于多物理場與多參數(shù)耦合作用機制實現(xiàn)精確計算，構(gòu)建兼容高性能與高安全性超越傳統(tǒng)電池體系，創(chuàng)制高可逆性與枝晶抑制新型金屬負極材料體系；發(fā)展先進的表征新方法，揭示固體電解質(zhì)界相（Solid Electrolyte Interphase, SEI）膜的形成機制和離子輸運機理，建立描述SEI膜多維度、多尺度物化性質(zhì)的定量參數(shù)，闡明電極結(jié)構(gòu)、電解液、工況條件等因素對SEI膜形成、離子輸運機理和物化性質(zhì)的影響規(guī)律；建立可靠的SEI膜力、電、化學(xué)等方面性質(zhì)的數(shù)據(jù)庫，通過機器學(xué)習等方法解析其對電池性能的影響，提出新型電池結(jié)構(gòu)-性能-壽命系統(tǒng)性優(yōu)化的顛覆性策略，解決現(xiàn)有電池體系中金屬負極性能劣化、界面失效和安全風險等瓶頸挑戰(zhàn)。
2.電池系統(tǒng)工況表征新技術(shù)。
針對電池體系動態(tài)、工況下關(guān)鍵信息采集和分析的瓶頸，特別是難以研究真實工況下電池的問題，發(fā)展先進的原位、工況表征新方法，闡明電極材料結(jié)構(gòu)組成、電解液（或固態(tài)電解質(zhì)）與界面微觀結(jié)構(gòu)及動態(tài)演變規(guī)律；依托大型科學(xué)儀器裝置和其他先進表征技術(shù)，以揭示電極結(jié)構(gòu)和電極-電解液表界面關(guān)鍵動態(tài)變化過程中的新原理、新機制為導(dǎo)向，構(gòu)建基于光譜、質(zhì)譜、能譜、色譜等多譜學(xué)方法聯(lián)用的原位/工況表征系統(tǒng)，實現(xiàn)共點（面）、同時刻原位表征電極結(jié)構(gòu)和電極-電解液表界面的關(guān)鍵動態(tài)變化過程；開發(fā)微弱電化學(xué)信號的測試和抽取方法，實現(xiàn)其與電池微觀結(jié)構(gòu)與過程的精準對應(yīng)；發(fā)展覆蓋電池全生命周期的多維度工況表征技術(shù)，高時間-空間-能量分辨、多維度、可視化解析電池反應(yīng)過程的新原理、新機制，建立針對電池體系關(guān)鍵動態(tài)過程的多模態(tài)全局表征新范式。
3.高比能長壽命高安全的固態(tài)電池。
針對現(xiàn)有固態(tài)電池體系載流子輸運速率慢、電極-電解質(zhì)固/固界面阻抗大、體積變化嚴重等問題，提出顛覆性的新型固態(tài)電池關(guān)鍵材料解決方案，構(gòu)建有序通道實現(xiàn)高效載流子輸運，通過開發(fā)新型固態(tài)電池關(guān)鍵材料與原位電化學(xué)表征技術(shù)，多尺度解析固態(tài)電池表界面結(jié)構(gòu)演化規(guī)律，揭示熱-電-力-化學(xué)耦合下的電池性能衰退與熱失效機制，構(gòu)建大尺寸固態(tài)電池的多物理場耦合模型，發(fā)展高比能、高安全、無外壓、長壽命的固態(tài)電池新體系，實現(xiàn)電池能量密度高于600Wh/kg和循環(huán)壽命大于1500周的性能突破，提供固態(tài)電池失效預(yù)警與防護的理論依據(jù)，安全性達到國家標準。
4.極端條件下能質(zhì)高效長時轉(zhuǎn)化的電池新體系。
針對超寬溫域、高壓力、微重力、高濕度、強沖擊、高加速度、強輻照等極端環(huán)境與力學(xué)條件下的能量可逆存儲和高效轉(zhuǎn)化需求，特別是全電飛行器瞬時加速和傳感器穩(wěn)定持續(xù)供電的需求，研究極端條件下電池性能退化現(xiàn)象與材料失效機制，開發(fā)滿足極端條件使用要求的長貯存、快激活、高過載、寬溫域電池；探明飛行器動力電源在高能量密度及大倍率等苛刻條件下荷質(zhì)傳輸動力學(xué)規(guī)律，匹配高空飛行多維度傳感與信號傳輸系統(tǒng)，并推動其在全電飛行器電源中的應(yīng)用；發(fā)展兼具高能量轉(zhuǎn)化效率和高輻射抗性的放射性能量轉(zhuǎn)換材料可控合成方法，厘清材料結(jié)構(gòu)、化學(xué)組分、放射源摻雜方式等對輻射能量轉(zhuǎn)化作用規(guī)律，發(fā)展長效輻光伏核電池器件制備和封裝技術(shù)，并推動其在傳感器供電上的應(yīng)用驗證。
5.電池關(guān)鍵材料數(shù)據(jù)庫和智能設(shè)計平臺。
面向電池體系的多尺度演化與復(fù)雜耦合行為，結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求，融合自動化高通量實驗、人工智能加速從頭算方法、大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)，構(gòu)建關(guān)鍵材料數(shù)據(jù)庫，發(fā)展跨尺度系統(tǒng)模擬與性能快速優(yōu)化迭代方法。針對壽命與安全性預(yù)測的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，基于短時間、少循環(huán)數(shù)據(jù)開發(fā)智能預(yù)判工具，突破當前依賴長時間充放電循環(huán)與傳統(tǒng)安全測試的局限。通過機器學(xué)習與數(shù)據(jù)挖掘，揭示結(jié)構(gòu)-性能-壽命-安全的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為電池體系的智能設(shè)計、穩(wěn)定性評估與安全管理提供支撐。
（三）集成項目。
圍繞重大前沿科學(xué)問題和產(chǎn)業(yè)急迫需求，以總體科學(xué)目標為牽引，對于前期研究成果積累豐富、對總體目標有重大貢獻、具有重大應(yīng)用價值的申請項目，將以集成項目的方式予以資助，需與頭部企業(yè)聯(lián)合申報，提倡申請人采用多學(xué)科交叉的研究手段，注重與化學(xué)科學(xué)、工程材料科學(xué)、數(shù)理科學(xué)、信息科學(xué)等領(lǐng)域的合作。研究方向如下：
1.超高比能高安全寬溫域的動力電池新體系。
針對現(xiàn)有動力電池續(xù)航里程短和工作溫域窄等問題，創(chuàng)制兼容性好和離子電導(dǎo)率高的新型功能電解液或固態(tài)電解質(zhì)、比能高和穩(wěn)定性好的正負極新材料和電池新架構(gòu)；結(jié)合原位表征技術(shù)和多尺度理論計算模擬，解析電池中不同溫度下物質(zhì)與能量輸運規(guī)律，闡明材料構(gòu)效關(guān)系，揭示材料、電極、電池、模組等不同尺度下結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，發(fā)展高比能、本質(zhì)安全、寬溫域的動力電池新體系，實現(xiàn)電池能量密度高于700Wh/kg、循環(huán)壽命大于200周和工作溫域?50°C至+60°C的性能突破，優(yōu)化模組集成與系統(tǒng)管理，推動其在動力電源中的應(yīng)用。
四、項目遴選的基本原則
（一）緊密圍繞核心科學(xué)問題，注重需求及應(yīng)用背景約束，鼓勵原創(chuàng)性、基礎(chǔ)性和交叉性的前沿探索。
（二）優(yōu)先資助能夠解決超越傳統(tǒng)的電池體系中的基礎(chǔ)科學(xué)難題并具有應(yīng)用前景的研究項目。
（三）重點支持項目和集成項目應(yīng)具有良好的研究基礎(chǔ)和前期積累，對總體科學(xué)目標有直接貢獻與支撐。
五、2025年度資助計劃
擬資助培育項目約10項，直接費用資助強度約為80萬元/項，資助期限為3年，培育項目申請書中研究期限應(yīng)填寫“2026年1月1日－2028年12月31日”；擬資助重點支持項目約5項，直接費用資助強度約為300萬元/項，資助期限為4年，重點支持項目申請書中研究期限應(yīng)填寫“2026年1月1日－2029年12月31日”；擬資助集成項目1項，直接費用資助強度約為1500萬元/項，資助期限為4年，集成項目申請書中研究期限應(yīng)填寫“2026年1月1日－2029年12月31日”。
六、申請要求及注意事項
（一）申請條件。
本重大研究計劃項目申請人應(yīng)當具備以下條件：
1. 具有承擔基礎(chǔ)研究課題的經(jīng)歷；
2. 具有高級專業(yè)技術(shù)職務(wù)（職稱）。
在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學(xué)位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。
（二）限項申請規(guī)定。
執(zhí)行《2025年度國家自然科學(xué)基金項目指南》“申請規(guī)定”中限項申請規(guī)定的相關(guān)要求。
（三）申請注意事項。
申請人和依托單位應(yīng)當認真閱讀并執(zhí)行本項目指南、《2025年度國家自然科學(xué)基金項目指南》和《關(guān)于2025年度國家自然科學(xué)基金項目申請與結(jié)題等有關(guān)事項的通告》中相關(guān)要求。
1.本重大研究計劃項目實行無紙化申請。申請書提交日期為2025年3月1日－2025年3月20日16時。
（1）申請人應(yīng)當按照科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)中重大研究計劃項目的填報說明與撰寫提綱要求在線填寫和提交電子申請書及附件材料。
（2）本重大研究計劃旨在緊密圍繞核心科學(xué)問題，對多學(xué)科相關(guān)研究進行戰(zhàn)略性的方向引導(dǎo)和優(yōu)勢整合，成為一個項目集群。申請人應(yīng)根據(jù)本重大研究計劃擬解決的核心科學(xué)問題和項目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項目名稱、科學(xué)目標、研究內(nèi)容、技術(shù)路線和相應(yīng)的研究經(jīng)費等。
（3）申請書中的資助類別選擇“重大研究計劃”，亞類說明選擇“培育項目”或“重點支持項目”，附注說明選擇“超越傳統(tǒng)的電池體系”，受理代碼選擇T01，根據(jù)申請的具體研究內(nèi)容選擇不超過5個申請代碼。
培育項目和重點支持項目的合作研究單位不得超過2個，集成項目合作研究單位不得超過4個。集成項目主要參與者必須是項目的實際貢獻者，合計人數(shù)不超過9人。
（4）申請人在申請書起始部分應(yīng)明確說明申請符合本項目指南中的資助研究方向，以及對解決本重大研究計劃核心科學(xué)問題、實現(xiàn)本重大研究計劃科學(xué)目標的貢獻。
如果申請人已經(jīng)承擔與本重大研究計劃相關(guān)的其他科技計劃項目，應(yīng)當在申請書正文的“研究基礎(chǔ)與工作條件”部分論述申請項目與其他相關(guān)項目的區(qū)別與聯(lián)系。
2.依托單位應(yīng)當按照要求完成依托單位承諾、組織申請以及審核申請材料等工作。在2025年3月20日16時前通過信息系統(tǒng)逐項確認提交本單位電子申請書及附件材料，并于3月21日16時前在線提交本單位項目申請清單。未按時提交項目清單的申請將不予受理。
3.其他注意事項。
（1）為實現(xiàn)重大研究計劃總體科學(xué)目標和多學(xué)科集成，獲得資助的項目負責人應(yīng)當承諾遵守相關(guān)數(shù)據(jù)和資料管理與共享的規(guī)定，項目執(zhí)行過程中應(yīng)關(guān)注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關(guān)系。
（2）為加強項目的學(xué)術(shù)交流，促進項目群的形成和多學(xué)科交叉與集成，本重大研究計劃將每年舉辦1次資助項目的年度學(xué)術(shù)交流會，并將不定期地組織相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研討會。獲資助項目負責人有義務(wù)參加本重大研究計劃指導(dǎo)專家組和管理工作組所組織的上述學(xué)術(shù)交流活動。
（四）咨詢方式。
交叉科學(xué)部交叉科學(xué)一處
聯(lián)系電話：010-62328382
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