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。上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院馬紫峰教授團(tuán)隊(duì)自2004年以來(lái),在國(guó)家973計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目連續(xù)支持下,聯(lián)合比亞迪、中聚
電池、江蘇樂(lè)能、中興派能等企業(yè),經(jīng)過(guò)十五年的努力,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。1月8日,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)。
經(jīng)過(guò)十五年的產(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)用世界第一大國(guó);由馬紫峰團(tuán)隊(duì)牽頭研發(fā)的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池技術(shù)不斷完善,這種動(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,深受好評(píng)。
不僅如此,應(yīng)用了磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的用戶端儲(chǔ)能電站已經(jīng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行多年,并獲得美國(guó)市場(chǎng)及歐洲相關(guān)領(lǐng)域權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)可,先后榮獲“2015年度北美地區(qū)集中式儲(chǔ)能創(chuàng)新獎(jiǎng)”,以及德國(guó)清潔科技研究所授予的2017年度全球儲(chǔ)能“科技驅(qū)動(dòng)者(Tech Driver)”大獎(jiǎng)。
自從普蘭特發(fā)明鉛酸電池以來(lái),動(dòng)力電池已經(jīng)歷160年發(fā)展歷程。世界上第一輛機(jī)動(dòng)車(chē)就是以鉛酸電池為動(dòng)力的
電動(dòng)車(chē),但因其能量密度低、續(xù)航里程太短,很快被內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)超越。進(jìn)入21世紀(jì),由于全球石油資源減少、環(huán)境壓力加劇,發(fā)展綠色環(huán)保的新能源汽車(chē)成為汽車(chē)工業(yè)技術(shù)變革的熱點(diǎn)。
鋰電池由于其能量密度高、攜帶輕便,已成功應(yīng)用于手機(jī)和筆記本電腦等消費(fèi)品電子產(chǎn)品。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,高安全、長(zhǎng)壽命、高容量和低成本的動(dòng)力鋰電池研發(fā)成為研究前沿。正極材料是電池發(fā)展的基礎(chǔ),鋰電池正極材料主要有錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等類(lèi)型。其中,磷酸鐵鋰是國(guó)際公認(rèn)的可一類(lèi)持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力鋰電池正極材料。
1996年,磷酸鐵鋰被應(yīng)用于動(dòng)力鋰電池研究。為了降低生產(chǎn)成本,減少生產(chǎn)過(guò)程的污染,馬紫峰團(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)攜帶著磷酸鐵鋰合成新方法,與浙江橫店?yáng)|磁合作,開(kāi)發(fā)磷酸鐵鋰正極材料。
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)展注入新的活力。2012年,在上�?萍汲晒D(zhuǎn)化促進(jìn)會(huì)“助推計(jì)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(shù)專利整體轉(zhuǎn)讓,組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)許可給多家企業(yè)實(shí)施,并發(fā)展出一批新的專利技術(shù)。2014年,在江蘇省企業(yè)創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資助下,由馬紫峰擔(dān)任首席專家,在江蘇樂(lè)能建成25600噸/年的納米磷酸鐵鋰生產(chǎn)線,產(chǎn)品應(yīng)用于比亞迪、寧德時(shí)代等眾多知名電池企業(yè)。
馬紫峰團(tuán)隊(duì)還發(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。
電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)是電池成組應(yīng)用到電動(dòng)汽車(chē)與儲(chǔ)能中十分重要環(huán)節(jié)。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,團(tuán)隊(duì)基于電池反應(yīng)/傳遞機(jī)理及運(yùn)行特性分析,開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù),建立了新的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%。相關(guān)理論成果發(fā)表在《美國(guó)化工學(xué)會(huì)會(huì)志》《化學(xué)工程科學(xué)》等權(quán)威期刊。
馬紫峰相信,隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)政策不斷完善和科學(xué)化,可以預(yù)見(jiàn),磷酸鐵鋰動(dòng)力電池在電動(dòng)大巴、大型交通物流工具,大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中將長(zhǎng)期發(fā)揮作用,造福于人類(lèi)。
記者獲悉,包括“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)”項(xiàng)目在內(nèi),在當(dāng)日舉行的2018年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上,上海交大共有10項(xiàng)第一完成單位成果獲表彰,其中,國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)1項(xiàng),第一完成人是關(guān)新平,國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)1項(xiàng),第一完成人是孫寶德,國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)8項(xiàng),第一完成人分別是楊建民、馬紫峰、張文軍、范先群、吳皓、夏強(qiáng)、趙維蒞和房靜遠(yuǎn)。
(責(zé)任編輯:子蕊)
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