磷酸鐵鋰電池制造中國已成第一？

新能源汽車(chē)、太陽(yáng)能、風(fēng)能并網(wǎng)調頻儲能電站、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(zhù)舉足輕重的角色。中國已經(jīng)成為磷酸鐵鋰電池制造及應用世界第一大國。

在剛剛舉行的2018年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會(huì )上，由上海交大化學(xué)化工學(xué)院馬紫峰教授團隊比亞迪等單位合作完成的“磷酸鐵鋰動(dòng)力電池制造及其應用過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)”榮獲2018年國家科技進(jìn)步二等獎。

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(chǎn)品。隨著(zhù)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(cháng)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，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，磷酸鐵鋰具有高安全性、長(cháng)循環(huán)壽命和容量穩定等優(yōu)點(diǎn)，且可利用豐富低廉的鐵、磷資源，無(wú)需鈷、鎳等有色金屬，是國際公認的可一類(lèi)持續發(fā)展的動(dòng)力鋰電池正極材料。

但是磷酸鐵鋰要實(shí)現大規模應用，必須建立噸級生產(chǎn)能力的制造工藝與裝備。馬紫峰團隊提出了一個(gè)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(zhù)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，主持國家973計劃“電動(dòng)汽車(chē)用低成本、高密度蓄電體系基礎科學(xué)問(wèn)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。2010年，為拓展磷酸鐵鋰應用領(lǐng)域，馬紫峰團隊與比亞迪合作，獲得上海市科委重大科技專(zhuān)項，開(kāi)展磷酸鐵鋰電池儲能系統低成本化關(guān)鍵技術(shù)研究，使磷酸鐵鋰電池的應用領(lǐng)域從新能源汽車(chē)向智能電網(wǎng)儲能系統拓展。

交大的這項研究成果在材料合成理論、工藝與電池設計方面均有重要創(chuàng )新，在磷酸鐵鋰材料合成反應及材料納米化方面的研究成果處于國際先進(jìn)水平，所提出的單質(zhì)鐵原子經(jīng)濟性磷酸鐵鋰合成反應為國際首創(chuàng )。

攻克技術(shù)難題，優(yōu)化產(chǎn)品性能

要制造一顆性能優(yōu)異的動(dòng)力電池，不僅需要有優(yōu)異的正極材料，還需要對電池材料的化學(xué)體系進(jìn)行優(yōu)化，尋找合適的負極材料和電解質(zhì)。另外，動(dòng)力電池制造過(guò)程工藝對于改善電池性能也十分重要。

馬紫峰團隊發(fā)明了一種涂液的配置及其涂敷的方法，提出了相應工藝，優(yōu)化了技術(shù)參數，形成一種超高倍率、超長(cháng)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。

電池管理系統設計是電池成組應用到電動(dòng)汽車(chē)與儲能中十分重要環(huán)節。動(dòng)力電池系統還有多少電量，直接影響到汽車(chē)的續航里程。

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)復雜動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，與電池系統工作溫度、充電與放電速度密切相關(guān)。團隊基于電池反應/傳遞機理及運行特性分析，開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)，建立了新的SOC估計模型。與國際先進(jìn)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(gè)百分點(diǎn)，達到97%。

另外，團隊還與比亞迪合作開(kāi)發(fā)了基于滾動(dòng)時(shí)域優(yōu)化的SOC估計模型，將SOC估計精度進(jìn)一步提高到99%。

經(jīng)過(guò)十五年的產(chǎn)學(xué)研合作，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池技術(shù)不斷完善，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)上得到廣泛應用，以磷酸鐵鋰為動(dòng)力的電動(dòng)大巴還出口到美國、日本、英國、歐洲和大洋洲。