在新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展浪潮中，動力電池發(fā)揮著舉足輕重的角色。上海交通大學化學化工學院馬紫峰教授團隊自2004年以來，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)，經(jīng)過十五年的努力，構(gòu)建了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的磷酸鐵鋰動力電池技術(shù)體系，在新能源汽車和儲能工程系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。1月8日，團隊與比亞迪等單位合作完成的“磷酸鐵鋰動力電池制造及其應(yīng)用過程關(guān)鍵技術(shù)”榮獲2018年國家科技進步二等獎。

 

       經(jīng)過十五年的產(chǎn)學研合作，中國已經(jīng)成為磷酸鐵鋰電池制造及應(yīng)用世界第一大國；由馬紫峰團隊牽頭研發(fā)的磷酸鐵鋰動力電池技術(shù)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(yīng)用，以磷酸鐵鋰為動力的電動大巴還出口到美國、日本、英國、歐洲和大洋洲，深受好評。

 

       不僅如此，應(yīng)用了磷酸鐵鋰動力電池的用戶端儲能電站已經(jīng)連續(xù)穩(wěn)定運行多年，并獲得美國市場及歐洲相關(guān)領(lǐng)域權(quán)威機構(gòu)的認可，先后榮獲“2015年度北美地區(qū)集中式儲能創(chuàng)新獎”，以及德國清潔科技研究所授予的2017年度全球儲能“科技驅(qū)動者(Tech Driver)”大獎。

 

       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。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，由于全球石油資源減少、環(huán)境壓力加劇，發(fā)展綠色環(huán)保的新能源汽車成為汽車工業(yè)技術(shù)變革的熱點。

 

       鋰電池由于其能量密度高、攜帶輕便，已成功應(yīng)用于手機和筆記本電腦等消費品電子產(chǎn)品。隨著新能源汽車、可再生能源和智能電網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，高安全、長壽命、高容量和低成本的動力鋰電池研發(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型。其中，磷酸鐵鋰是國際公認的可一類持續(xù)發(fā)展的動力鋰電池正極材料。

 

       1996年，磷酸鐵鋰被應(yīng)用于動力鋰電池研究。為了降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)過程的污染，馬紫峰團隊提出了一個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，馬紫峰教授團隊攜帶著磷酸鐵鋰合成新方法，與浙江橫店東磁合作，開發(fā)磷酸鐵鋰正極材料。

 

       2007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(chǔ)科學問題研究”項目，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(shù)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(shù)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(shù)。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(yīng)用于比亞迪、寧德時代等眾多知名電池企業(yè)。

 

       馬紫峰團隊還發(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、超長循環(huán)壽命納米磷酸鐵鋰動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和高倍率問題。

 

       電池管理系統(tǒng)設(shè)計是電池成組應(yīng)用到電動汽車與儲能中十分重要環(huán)節(jié)。動力電池系統(tǒng)還有多少電量，直接影響到汽車的續(xù)航里程。電池的電量多少可以用電池荷電狀態(tài)(SOC)來描述，SOC是一個復(fù)雜動態(tài)變化過程，團隊基于電池反應(yīng)/傳遞機理及運行特性分析，開發(fā)相關(guān)技術(shù)，建立了新的SOC估計模型。與國際先進指標相比，該模型對電池健康狀態(tài)的估計精度提高了約5個百分點，達到97%。另外，團隊還與比亞迪合作開發(fā)了基于滾動時域優(yōu)化的SOC估計模型，將SOC估計精度進一步提高到99%。相關(guān)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。

 

       馬紫峰相信，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策不斷完善和科學化，可以預(yù)見，磷酸鐵鋰動力電池在電動大巴、大型交通物流工具，大規(guī)模儲能系統(tǒng)中將長期發(fā)揮作用，造福于人類。

 

       記者獲悉，包括“磷酸鐵鋰動力電池制造及其應(yīng)用過程關(guān)鍵技術(shù)”項目在內(nèi)，在當日舉行的2018年度國家科學技術(shù)獎勵大會上，上海交大共有10項第一完成單位成果獲表彰，其中，國家自然科學二等獎1項，第一完成人是關(guān)新平，國家技術(shù)發(fā)明獎1項，第一完成人是孫寶德，國家科技進步二等獎8項，第一完成人分別是楊建民、馬紫峰、張文軍、范先群、吳皓、夏強、趙維蒞和房靜遠。