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谈到电动车电池,想起特斯拉?有种动力型锂电池,中国是制造及应用世界第一大国

发布时间:2019-01-08   人气:33


  当你谈到电动车电池,是否想起特斯拉?事实上,有一种动力型锂电池,世界上制造及应用的第一大国正是中国。



  经过15年产学研合作,沪上科研团队牵头研发的磷酸铁锂动力电池技术不断完善,这种动力电池已在电动大巴、电动物流车、乘用车上得到广泛应用,以磷酸铁锂为动力的电动大巴还出口美国、日本、英国以及欧洲和大洋洲国家,使中国成为磷酸铁锂电池制造及应用头号大国。



  今天(8日)上午,上海交通大学化学化工学院马紫峰教授团队与比亚迪等单位合作,完成“磷酸铁锂动力电池制造及其应用过程关键技术”项目,荣获2018年国家科技进步二等奖。



  风水轮流转,世界上第一辆机动车就是电动车



  新能源汽车、太阳能、风能并网调频储能电站、移动通讯基站、电动物流车……在新能源产业发展浪潮中,动力电池扮演着举足轻重的角色。



  自从普兰特发明铅酸电池以来,动力电池已经历160年发展历程。其实,世界上第一辆机动车就是以铅酸电池为动力的电动车,但因其能量密度低、续航里程太短,很快被内燃机汽车超越。进入21世纪,动力电池风水轮流转,以此发展绿色环保的新能源车成为汽车工业技术变革的热点。



  车子用什么电池好呢?众所周知,锂电池因其能量密度高、携带轻便,已成功用于手机和笔记本电脑等消费电子产品。进而,动力型的锂电池研发也成为研究前沿。目前,锂电池最基础的正极材料主要有锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等类型。其中,磷酸铁锂具有高安全性、长循环寿命和容量稳定等优点,可利用丰富低廉的铁、磷资源,无需钴、镍等有色金属,是国际公认的可持续发展的动力锂电池正极材料。



  然而,要实现磷酸铁锂大规模应用,必须先建立吨级生产能力的制造工艺与装备。上海交大马紫峰等人分析了诸多知名国际企业合成工艺,发现这些反应过程产生co、氨气等有害气体,而且烧结时间长、能耗大。为降低生产成本,减少过程污染,团队提出一个磷酸锂铁合成新反应,制备出新结构的正极材料。



  2004年时,马紫峰团队携磷酸铁锂合成新方法,与浙江横店东磁合作,开发正极材料。项目在2006年浙江省科技成果转化项目资助下,建成了300吨/年全流程合成的中试线,并与上海德朗能电池公司合作开发出电动车用的磷酸铁锂电池,为大规模生产线建设奠定良好基础。



  时隔三年,马紫峰作为首席科学家,主持国家973计划“电动汽车用低成本、高密度蓄电体系基础科学问题研究”项目,为磷酸铁锂电池产业化发展注入新的活力。通过973计划项目,上海交大联合清华大学、复旦大学和厦门大学等单位,与比亚迪等企业开展磷酸铁锂材料及其应用技术开发。作为系统性的项目,他们不仅提供优异的正极材料,还对电池材料的化学体系进行优化,找到合适的负极材料和电解质等。经过持续的校企、校地合作,一颗颗性能优异的动力电池被研制出来,走下各地厂商流水线,进入整车等应用终端。



  15年“产学研”之路,长三角“好兄弟”一起走磷酸铁锂电池成功商用,不可能停留在实验室。2004年以来,马紫峰团队在国家973计划和国家自然科学基金等项目连续支持下,联合比亚迪、中聚电池、江苏乐能、中兴派能等企业,构建起具有自主知识产权的磷酸铁锂动力电池技术体系,才在新能源汽车和储能工程系统中得到广泛应用。



  在这条长达15年的“产学研”之路上,来自长三角的“好兄弟”一起携手走完。进入新世纪的第一个十年,为拓展磷酸铁锂应用领域,马紫峰团队与比亚迪合作,获得上海市科委重大科技专项,开展磷酸铁锂电池储能系统低成本化的关键技术研究,使磷酸铁锂电池的应用领域从新能源汽车向智能电网储能系统拓展。



  2012年,在上海科技成果转化促进会“助推计划”资助下,上海交大将马紫峰等人发明的磷酸铁锂合成新技术专利整体转让,组建了中聚电池研究院,开展磷酸铁锂电池技术大规模推广,先后授权许可给多家企业实施,并发展出一批新的专利技术。



  2014年,在江苏省企业创新与成果转化专项资助下,由马紫峰担任首席专家,在江苏乐能建成25600吨/年的纳米磷酸铁锂生产线,产品应用于比亚迪、宁德时代等众多知名电池企业。团队连续获得江苏省企业创新与成果转化专项资助,与江苏中兴派能合作开展低温高倍率的磷酸铁锂动力电池研发与产业化,被广泛应用于移动通讯基站。



  2016年,为表彰其在江苏实施“产学研”业绩,马紫峰教授被江苏省委组织部授予“江苏省双创人才”,并与团队成员廖小珍、何雨石一起先后入选扬州市“绿杨金凤计划”。



  有意思的是,科技成果转化与产业化,同样反过来促进学术研究本身。电池的电量多少,可以用电池荷电状态(soc)来描述。马教授团队与比亚迪合作开发了基于滚动时域优化的soc估计模型,与国际先进指标相比,对电池健康状态的估计精度共提高了约7个百分点,进一步达到99%。相关理论成果发表在《美国化工学会会志》、《化学工程科学》等权威期刊上。



  马紫峰预计,随着新能源汽车产业政策不断完善、更为科学化,可以预见磷酸铁锂动力电池在电动大巴、大型交通物流工具以及大规模储能系统中将长期发挥作用,造福于全人类 。



  


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