鉅大LARGE | 點擊量：733次 | 2019年01月08日
有種動力型鋰電池，中國是制造及應用世界第一大國
當你談到電動車電池，是否想起特斯拉？事實上，有一種動力型鋰電池，世界上制造及應用的第一大國正是中國。
經(jīng)過15年產(chǎn)學研合作，滬上科研團隊牽頭研發(fā)的磷酸鐵鋰動力電池技術不斷完善，這種動力電池已在電動大巴、電動物流車、乘用車上得到廣泛應用，以磷酸鐵鋰為動力的電動大巴還出口美國、日本、英國以及歐洲和大洋洲國家，使中國成為磷酸鐵鋰電池制造及應用頭號大國。
今天（8日）上午，上海交通大學化學化工學院馬紫峰教授團隊與比亞迪等單位合作，完成“磷酸鐵鋰動力電池制造及其應用過程關鍵技術”項目，榮獲2018年國家科技進步二等獎。
風水輪流轉(zhuǎn)，世界上第一輛機動車就是電動車
新能源汽車、太陽能、風能并網(wǎng)調(diào)頻儲能電站、移動通訊基站、電動物流車……在新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展浪潮中，動力電池扮演著舉足輕重的角色。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
自從普蘭特發(fā)明鉛酸電池以來，動力電池已經(jīng)歷160年發(fā)展歷程。其實，世界上第一輛機動車就是以鉛酸電池為動力的電動車，但因其能量密度低、續(xù)航里程太短，很快被內(nèi)燃機汽車超越。進入21世紀，動力電池風水輪流轉(zhuǎn)，以此發(fā)展綠色環(huán)保的新能源車成為汽車工業(yè)技術變革的熱點。
車子用什么電池好呢？眾所周知，鋰電池因其能量密度高、攜帶輕便，已成功用于手機和筆記本電腦等消費電子產(chǎn)品。進而，動力型的鋰電池研發(fā)也成為研究前沿。目前，鋰電池最基礎的正極材料主要有錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等類型。其中，磷酸鐵鋰具有高安全性、長循環(huán)壽命和容量穩(wěn)定等優(yōu)點，可利用豐富低廉的鐵、磷資源，無需鈷、鎳等有色金屬，是國際公認的可持續(xù)發(fā)展的動力鋰電池正極材料。
然而，要實現(xiàn)磷酸鐵鋰大規(guī)模應用，必須先建立噸級生產(chǎn)能力的制造工藝與裝備。上海交大馬紫峰等人分析了諸多知名國際企業(yè)合成工藝，發(fā)現(xiàn)這些反應過程產(chǎn)生co、氨氣等有害氣體，而且燒結(jié)時間長、能耗大。為降低生產(chǎn)成本，減少過程污染，團隊提出一個磷酸鋰鐵合成新反應，制備出新結(jié)構(gòu)的正極材料。
2004年時，馬紫峰團隊攜磷酸鐵鋰合成新方法，與浙江橫店東磁合作，開發(fā)正極材料。項目在2006年浙江省科技成果轉(zhuǎn)化項目資助下，建成了300噸/年全流程合成的中試線，并與上海德朗能電池公司合作開發(fā)出電動車用的磷酸鐵鋰電池，為大規(guī)模生產(chǎn)線建設奠定良好基礎。
時隔三年，馬紫峰作為首席科學家，主持國家973計劃“電動汽車用低成本、高密度蓄電體系基礎科學問題研究”項目，為磷酸鐵鋰電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展注入新的活力。通過973計劃項目，上海交大聯(lián)合清華大學、復旦大學和廈門大學等單位，與比亞迪等企業(yè)開展磷酸鐵鋰材料及其應用技術開發(fā)。作為系統(tǒng)性的項目，他們不僅提供優(yōu)異的正極材料，還對電池材料的化學體系進行優(yōu)化，找到合適的負極材料和電解質(zhì)等。經(jīng)過持續(xù)的校企、校地合作，一顆顆性能優(yōu)異的動力電池被研制出來，走下各地廠商流水線，進入整車等應用終端。
15年“產(chǎn)學研”之路，長三角“好兄弟”一起走
磷酸鐵鋰電池成功商用，不可能停留在實驗室。2004年以來，馬紫峰團隊在國家973計劃和國家自然科學基金等項目連續(xù)支持下，聯(lián)合比亞迪、中聚電池、江蘇樂能、中興派能等企業(yè)，構(gòu)建起具有自主知識產(chǎn)權(quán)的磷酸鐵鋰動力電池技術體系，才在新能源汽車和儲能工程系統(tǒng)中得到廣泛應用。
在這條長達15年的“產(chǎn)學研”之路上，來自長三角的“好兄弟”一起攜手走完。進入新世紀的第一個十年，為拓展磷酸鐵鋰應用領域，馬紫峰團隊與比亞迪合作，獲得上海市科委重大科技專項，開展磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)低成本化的關鍵技術研究，使磷酸鐵鋰電池的應用領域從新能源汽車向智能電網(wǎng)儲能系統(tǒng)拓展。
2012年，在上海科技成果轉(zhuǎn)化促進會“助推計劃”資助下，上海交大將馬紫峰等人發(fā)明的磷酸鐵鋰合成新技術專利整體轉(zhuǎn)讓，組建了中聚電池研究院，開展磷酸鐵鋰電池技術大規(guī)模推廣，先后授權(quán)許可給多家企業(yè)實施，并發(fā)展出一批新的專利技術。
2014年，在江蘇省企業(yè)創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化專項資助下，由馬紫峰擔任首席專家，在江蘇樂能建成25600噸/年的納米磷酸鐵鋰生產(chǎn)線，產(chǎn)品應用于比亞迪、寧德時代等眾多知名電池企業(yè)。團隊連續(xù)獲得江蘇省企業(yè)創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化專項資助，與江蘇中興派能合作開展低溫高倍率的磷酸鐵鋰動力電池研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，被廣泛應用于移動通訊基站。
2016年，為表彰其在江蘇實施“產(chǎn)學研”業(yè)績，馬紫峰教授被江蘇省委組織部授予“江蘇省雙創(chuàng)人才”，并與團隊成員廖小珍、何雨石一起先后入選揚州市“綠楊金鳳計劃”。
有意思的是，科技成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化，同樣反過來促進學術研究本身。電池的電量多少，可以用電池荷電狀態(tài)（soc）來描述。馬教授團隊與比亞迪合作開發(fā)了基于滾動時域優(yōu)化的soc估計模型，與國際先進指標相比，對電池健康狀態(tài)的估計精度共提高了約7個百分點，進一步達到99%。相關理論成果發(fā)表在《美國化工學會會志》、《化學工程科學》等權(quán)威期刊上。
馬紫峰預計，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策不斷完善、更為科學化，可以預見磷酸鐵鋰動力電池在電動大巴、大型交通物流工具以及大規(guī)模儲能系統(tǒng)中將長期發(fā)揮作用，造福于全人類。
