在新能源產業發展浪潮中，動力電池發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支持下，聯合比亞迪、中聚電池、江蘇樂能、中興派能等企業，經過十五年的努力，構建了具有自主知識產權的磷酸鐵鋰動力電池技術體系，在新能源汽車和儲能工程系統中得到了廣泛的應用。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用過程關鍵技術”榮獲2018年國家科技進步二等獎。

 

       經過十五年的產學研合作，中國已經成為磷酸鐵鋰電池制造及應用世界第一大國；由馬紫峰團隊牽頭研發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到美國、日本、英國、歐洲和大洋洲，深受好評。

 

       不僅如此，應用了磷酸鐵鋰動力電池的用戶端儲能電站已經連續穩定運行多年，并獲得美國市場及歐洲相關領域權威機構的認可，先后榮獲“2015年度北美地區集中式儲能創新獎”，以及德國清潔科技研究所授予的2017年度全球儲能“科技驅動者(Tech Driver)”大獎。

 

       自從普蘭特發明鉛酸電池以來，動力電池已經歷160年發展歷程。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、續航里程太短，很快被內燃機汽車超越。進入21世紀，由于全球石油資源減少、環境壓力加劇，發展綠色環保的新能源汽車成為汽車工業技術變革的熱點。

 

       鋰電池由于其能量密度高、攜帶輕便，已成功應用于手機和筆記本電腦等消費品電子產品。隨著新能源汽車、可再生能源和智能電網等新興產業發展，高安全、長壽命、高容量和低成本的動力鋰電池研發成為研究前沿。正極材料是電池發展的基礎，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發展的動力鋰電池正極材料。

 

       1996年，磷酸鐵鋰被應用于動力鋰電池研究。為了降低生產成本，減少生產過程的污染，馬紫峰團隊提出了一個磷酸鋰鐵合成新反應，制備出了新結構正極材料。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科學問題研究”項目，為磷酸鐵鋰電池的產業化發展注入新的活力。2012年，在上海科技成果轉化促進會“助推計劃”資助下，上海交大將馬紫峰等人發明的磷酸鐵鋰合成新技術專利整體轉讓，組建了中聚電池研究院，開展磷酸鐵鋰電池技術大規模推廣，先后授權許可給多家企業實施，并發展出一批新的專利技術。2014年，在江蘇省企業創新與成果轉化專項資助下，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線，產品應用于比亞迪、寧德時代等眾多知名電池企業。

 

       馬紫峰團隊還發明了一種涂液的配置及其涂敷的方法，提出了相應工藝，優化了技術參數，形成一種超高倍率、超長循環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。

 

       電池管理系統設計是電池成組應用到電動汽車與儲能中十分重要環節。動力電池系統還有多少電量，直接影響到汽車的續航里程。電池的電量多少可以用電池荷電狀態(SOC)來描述，SOC是一個復雜動態變化過程，團隊基于電池反應/傳遞機理及運行特性分析，開發相關技術，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了基于滾動時域優化的SOC估計模型，將SOC估計精度進一步提高到99%。相關理論成果發表在《美國化工學會會志》《化學工程科學》等權威期刊。

 

       馬紫峰相信，隨著新能源汽車產業政策不斷完善和科學化，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，大規模儲能系統中將長期發揮作用，造福于人類。

 

       記者獲悉，包括“磷酸鐵鋰動力電池制造及其應用過程關鍵技術”項目在內，在當日舉行的2018年度國家科學技術獎勵大會上，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，第一完成人是關新平，國家技術發明獎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。