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執(zhí)磷酸鐵鋰電池 弄潮新能源產(chǎn)業(yè)

時(shí)間:2019-01-31 09:46來(lái)源:科技日?qǐng)?bào) 作者:王 春
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       新能源汽車(chē),太陽(yáng)能、風(fēng)能并網(wǎng)調(diào)頻儲(chǔ)能電站,移動(dòng)通訊基站,電動(dòng)物流車(chē)……在新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展浪潮中,動(dòng)力電池發(fā)揮著舉足輕重的角色。
 
       隨著新能源汽車(chē)、可再生能源和智能電網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展,動(dòng)力鋰電池研發(fā)成為研究前沿。其中,磷酸鐵鋰具有高安全性、長(zhǎng)循環(huán)壽命和容量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),且可利用豐富低廉的鐵、磷資源,無(wú)需使用鈷、鎳等有色金屬,是國(guó)際公認(rèn)的可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力鋰電池正極材料。
 
       上海交大化學(xué)化工學(xué)院馬紫峰教授團(tuán)隊(duì)自2004年以來(lái),聯(lián)合比亞迪股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)比亞迪)、中聚電池有限公司、江蘇樂(lè)能電池股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)江蘇樂(lè)能)、上海派能能源科技股份有限公司等企業(yè),經(jīng)過(guò)15年的努力,構(gòu)建了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池技術(shù)體系,在新能源汽車(chē)和儲(chǔ)能工程系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。團(tuán)隊(duì)與比亞迪等單位合作完成的“磷酸鐵鋰動(dòng)力電池制造及其應(yīng)用過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)”榮獲2018年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
 
       從新合成反應(yīng)設(shè)計(jì)到萬(wàn)噸級(jí)生產(chǎn)
 
       1996年,磷酸鐵鋰被應(yīng)用于動(dòng)力鋰電池研究。然而,要實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰大規(guī)模應(yīng)用,必須建立噸級(jí)生產(chǎn)能力的制造工藝與裝備。
 
       馬紫峰等人分析了諸多知名國(guó)際企業(yè)的合成工藝,發(fā)現(xiàn)這些反應(yīng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一氧 化碳、an氣等有害氣體,而且燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng),能耗大。為了降低生產(chǎn)成本,減少生產(chǎn)過(guò)程的污染,團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)磷酸鋰鐵合成新反應(yīng),制備出了新結(jié)構(gòu)正極材料。2004年,馬紫峰教授團(tuán)隊(duì)攜帶新方法,與橫店集團(tuán)東磁股份有限公司合作,開(kāi)發(fā)磷酸鐵鋰正極材料。項(xiàng)目在2006年浙江省科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目資助下,建成了300噸/年全流程合成的磷酸鐵鋰中試線(xiàn),并與上海德朗能電池公司合作開(kāi)發(fā)出電動(dòng)車(chē)用磷酸鐵鋰電池,為大規(guī)模生產(chǎn)線(xiàn)建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。
 
       2007年,馬紫峰作為首席科學(xué)家,主持國(guó)家973計(jì)劃“電動(dòng)汽車(chē)用低成本、高密度蓄電體系基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題研究”項(xiàng)目,為磷酸鐵鋰電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展注入了新的活力。上海交大聯(lián)合清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)和廈門(mén)大學(xué)等單位,與比亞迪等企業(yè)開(kāi)展了磷酸鐵鋰材料及其應(yīng)用技術(shù)研發(fā)。此后,馬紫峰團(tuán)隊(duì)與比亞迪合作,開(kāi)展磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)低成本化關(guān)鍵技術(shù)研究,使磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域從新能源汽車(chē)向智能電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)拓展。
 
       2012年,上海交大將馬紫峰等人發(fā)明的磷酸鐵鋰合成新技術(shù)專(zhuān)利整體轉(zhuǎn)讓?zhuān)M建了中聚電池研究院,開(kāi)展磷酸鐵鋰電池技術(shù)大規(guī)模推廣,先后授權(quán)許可多家企業(yè)實(shí)施應(yīng)用,并發(fā)展出一批新的專(zhuān)利技術(shù)。2014年,在江蘇省企業(yè)創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化專(zhuān)項(xiàng)資助下,由馬紫峰擔(dān)任首席專(zhuān)家,在江蘇樂(lè)能建成25600噸/年的納米磷酸鐵鋰生產(chǎn)線(xiàn),產(chǎn)品應(yīng)用于比亞迪、寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司等眾多知名電池企業(yè)。
 
       業(yè)內(nèi)專(zhuān)家組成的科技成果鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為:馬紫峰團(tuán)隊(duì)的研究成果在材料合成理論、工藝與電池設(shè)計(jì)方面均有重要?jiǎng)?chuàng)新,提出的單質(zhì)鐵原子經(jīng)濟(jì)性磷酸鐵鋰合成反應(yīng)為國(guó)際首創(chuàng)。
 
       成為制造和應(yīng)用世界第一大國(guó)
 
       要制造性能優(yōu)異的動(dòng)力電池,不僅需要有優(yōu)異的正極材料,還需要對(duì)電池材料的化學(xué)體系進(jìn)行優(yōu)化,尋找合適的負(fù)極材料和電解質(zhì)。另外,動(dòng)力電池制造過(guò)程工藝對(duì)于改善電池性能也十分重要。馬紫峰團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種涂液的配置及其涂敷的方法,提出了相應(yīng)工藝,優(yōu)化了技術(shù)參數(shù),形成一種超高倍率、超長(zhǎng)循環(huán)壽命納米磷酸鐵鋰動(dòng)力電池及其制造新方法,并解決了磷酸鐵鋰電池低溫冷啟動(dòng)和高倍率問(wèn)題。2015年,研發(fā)團(tuán)隊(duì)與江蘇中興派能電池有限公司合作開(kāi)展低溫高倍率磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化,被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通訊基站。
 
       動(dòng)力電池系統(tǒng)還有多少電量,直接影響到汽車(chē)的續(xù)航里程。電池的電量多少可以用電池荷電狀態(tài)(SOC)來(lái)描述,SOC是一個(gè)復(fù)雜動(dòng)態(tài)變化過(guò)程,與電池系統(tǒng)工作溫度、充電與放電速度密切相關(guān)。馬紫峰團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了新的SOC估計(jì)模型,與國(guó)際先進(jìn)指標(biāo)相比,該模型對(duì)電池健康狀態(tài)的估計(jì)精度提高了約5個(gè)百分點(diǎn),達(dá)到97%。另外,團(tuán)隊(duì)還與比亞迪合作開(kāi)發(fā)了基于滾動(dòng)時(shí)域優(yōu)化的SOC估計(jì)模型,將SOC估計(jì)精度進(jìn)一步提高到99%。
 
       經(jīng)過(guò)15年的產(chǎn)學(xué)研合作,中國(guó)已經(jīng)成為磷酸鐵鋰電池制造及應(yīng)用的世界第一大國(guó),磷酸鐵鋰動(dòng)力電池已在電動(dòng)大巴、電動(dòng)物流車(chē)、乘用車(chē)上得到廣泛應(yīng)用,以磷酸鐵鋰為動(dòng)力的電動(dòng)大巴還出口到美國(guó)、日本、英國(guó)、歐洲和大洋洲。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
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