1  科学目标与功能

      化学储能子平台定位于国际一流的先进测试诊断平台，建成后将面向国内外开放，围绕着化学储能材料与器件建设材料分析测试系统、器件验证系统、器件诊断失效分析系统、器件安全性检测系统以及未来化学储能技术研发系统。每个系统在独立完成其功能的同时可与其他系统相互合作。
      实现在全惰性气氛条件下从原子尺度到宏观尺寸的物性、结构及成分精确分析能力；能提供多种原位检测技术，如透射电子显微镜、扫描电子显微镜、微米X射线三维成像等；掌握应对特殊条件使用需求的器件定制化研制与验证能力；“一站式”器件全流程分析能力；建设满足最新国标要求的器件安全检测方法，同时开发新型安全测试方法；建设面向未来使用需求的新型化学储能器件，如锂硫、锂空、锂水、镁空、钠空及全固态电池，真正实现集高水平测试分析、创新研究与产业推进于一体的综合测试分析平台，通过CNAS认证，服务于基础研发与产业研究。
      平台将立足现有化学储能器件的发展水平，实现对先进储能器件的综合测试分析，提炼出影响电池性能的关键因素，并提出可能的改进方案；同时将进一步发展现有先进技术，如正极材料先进制备方法、构建新型电极材料/电解质界面等，并将其应用于未来储能器件技术，满足未来使用需求。平台建成5年后开发3-5项原创性可产业化的清洁能源技术，并具有重大国际影响力。
      化学储能正发挥着越来越大的作用，世界各国针对化学储能都提出了未来了发展计划，如美国能源部（DOE）、日本新能源产业的技术综合开发机构（NEDO）提出未来将动力电池能量密度提升至500Wh/kg，且综合性能优异；中国国家科技部也提出在“十三五”期间发展能量密度为300-500Wh/kg的动力电池。目前能实现这些目标的技术路线已基本清楚，在已启动的科技部“新能源汽车”专项项目中，物理所主持一项，参与三项，如果本子平台能顺利建成，将为项目的顺利实施提供基础且有力的支撑。
      化学储能子平台针对先进电子设备、电动汽车、智能电网、工业应用的化学储能技术，包括高性能电池及未来电池技术。研究内容将包括新的储能原理与储能体系，关键材料、新电池体系（新一代锂离子电池及下一代金属锂电池体系）、电池系统集成与安全技术、微型电源系统技术、智能电池管理系统、电池诊断技术、失效分析技术、电池回收技术、电能储存新应用开拓时的应用接口技术，新的应用指除了消费电子、信息终端、电动车辆、电站储能之外的如医疗器械、工业级民用后备电源、航空航天、交通运输、国家安全领域对电能储存的需求。除了电池之外，还将包括超级电容器等低能量密度、高功率密度、高可靠、长寿命的电能储存器件以及电池与超级电容器复合的电能储存技术。化学储能子平台下设5个子系统，即化学储能关键材料综合测试分析系统、化学储能器件验证系统、化学储能器件综合分析测试系统、化学储能器件安全性检测分析系统以及未来化学储能技术研发系统。以材料综合分析系统是整个化学储能子平台核心，为其他4个系统提供多尺度系统的材料综合分析检测服务。其中器件验证系统为整个化学储能子平台前级系统，为器件综合分析测试系统、器件安全性检测分析系统和材料综合分析系统提供具有一致性的实验定制化电池，此外后续系统的检测分析结果同时反馈指导前级系统促进电池制造技术的优化改进。器件综合分析测试系统、器件安全性检测分析系统和材料综合分析系统紧密结合为未来化学储能技术研发系统提供丰富的综合分析检测服务和技术改进方案，从而加强技术研发能力突破现有技术瓶颈。化学储能子平台中5个系统可独立运行，当联合运行的时候可以形成完善的集材料合成、器件研制及高水平多尺度综合分析测试手段于一体的测试诊断分析机构。
      

      2  子平台构成和设计方案

      根据以上对储能材料的测试需求及系统的功能要求，化学储能关键材料测试系统将以材料表征为主要组成部分，在此基础上，具备从实验室克级样品到10 kg/批次制备能力的材料放大生产的能力、多尺度多维度综合表征分析的能力、以及材料电化学测试验证的能力，实现对材料从生产、表征到性能验证的全面覆盖。
      根据以上总体设计思路，化学储能关键材料综合测试分析系统将下设3个子系统。以粉体材料制备为基础的关键材料合成子系统；以材料结构、形貌、化学成分为基础的关键材料测试表征子系统；以电池性能为基础的关键材料性能测试子系统。三个子系统的功能相对独立，运行起来又可相互合作。
      

      3  系统主要参数

      整个系统的验收标准以各子平台的指标和为准，并将提炼出主要的指标进行参考。
      1) 关键材料合成子系统
      (1) 回转炉
      回转炉是中型的合成设备，相对于实验室用的马弗炉其体积与占地面积都要多出很多。回转炉的指标参数如下：1.烧结温度能够达到1300摄氏度以上；2.转速:0.5-2.5转/分钟，连续可调；3.至少保证两路进气口可以通气氛烧结；4.填料重量不少于15kg。
      (2) 其他辅助设备。
      辅助设备包括球磨机、破碎机、混料机与筛分机，均为材料工业合成的必备仪器，其功能虽然各不相同，但能够构成统一的整体，对整套设备的技术参数做如下要求：1.能够得到颗粒单独分散的工业产品；2.能够处理公斤级别的样品；3.出料尺寸1um-30um连续可调。
      综合以上两点，本子平台的验收标准如下：
      ·具有生产10kg级别材料的能力，极一次出料量至少为10kg。
      ·生产材料颗粒分散性较好，能够得到颗粒分散的材料。
      ·能够良好的处理前驱体材料，经球磨破碎后粒径尺寸小于5um。
      2) 关键材料表征子系统
      (1) 互联互通手套箱。
      互联互通手套箱建设的难点在于将手套箱链接成功并保证连接的气密性与稳定性。因此讲起验收指标定位为：1.手套箱之间能够完成连接，整个系统一致性完好。2.手套箱内气氛良好稳定，水氧分压小于0.1ppm。
      (2) 透射电子显微镜
      透射电子显微镜是本平台的重要组成部分，在验收过程中应做到如下几点：1.设备运行搭建运行完好；2.能够得到清晰的晶格条纹像；3.能够对单颗粒进行能谱测试，给出元素分布图。
      (3) 聚焦离子束刻蚀-SEM联用系统
      聚焦离子束刻蚀是本平台重要加工辅助设备，同时兼具扫描电子显微镜功能，其验收指标如下：1.仪器搭建运行完好；2。能够实现薄膜样品的刻蚀；3.能够对TEM样品进行初步加工。
      (4) 核磁共振仪
      核磁共振仪是本平台对有机液体测试的唯一大型设备，其验收指标如下：1.仪器搭建运行完好；2.半径3m之内没有其他强测试仪器使用；3.能够对有机液体做初步的鉴定。
      (5) 俄歇电子能谱
      俄歇电子能谱对轻质元素具有很高的分辨率，对本平台具有重要意义，其验收指标如下：1.仪器搭建运行完好；2.刻蚀系统正常可用，可以对样品进行刻蚀（根据具体型号决定）；3.能够对薄膜样品进行表面元素的鉴定。
      (6) X射线衍射仪
      X射线衍射仪是本平台基本的材料结构分析仪器，并将会成为本平台重要的原位测试仪器。其验收指标如下：1.仪器安装运行完好；2.能够对普通粉末样品进行测试；3.具备原位电池的测试功能。
      (7) 二次离子质谱
      二次离子质谱对表面元素具有ppb级别的分辨能力，是本平台高灵敏度的表面测试仪器。由于其在国内数量较少，其面向社会开放后对用户具有很大吸引力。其验收标准如下：1.仪器安装运行完好；2.具备气氛保护测试样品的能力；3.能够对薄膜样品成分随深度变化进行分析。
      综合以上几台仪器的验收标准，本子系统的验收标准如下：1.洁净间运行完好，能够维护室内的无尘环境；2.各仪器安装调制完成，能够正常工作；3.能够实现一些高水平的表征：如微小样品的加工、原位电池的测试。
      3) 关键材料测试子系统
      本系统设计的关键仪器较少，最重要的组件由蓝电测试仪与恒温箱组成，每一套充放电测试仪（10台）与一台恒温箱联用构成一个测试组，可以为电池提供稳定的测试环境。本子系统的验收标准如下：1.能够实现至少5000只电池同时测试；2.恒温箱在稳定工作时温度波动能够控制在0.1摄氏度以内；3.能够同时满足扣式电池和小型软包电池的测试条件。
      本子平台验收标准
      综合以上几个子系统的验收标准，将整个子平台的验收标准做如下规定：
      (1) 所有仪器安装顺利，能够正常运行；
      (2) 洁净间、气路等辅助设施建设完成，实验室运行秩序良好；
      (3) 能够进行一定高水平的表征分析，包括：薄片样品的加工、高分辨晶格条纹像的获得、原位X射线分析的实现；
      (4) 互联互通设备运行良好，互联系统内气氛均匀稳定；
      具备10公斤级正负极材料、固体电解质材料的生产能力；
      (5) 具备对用户开放的能力。